Vingt-et-une pompes Bredel installées dans le cadre d'un projet d'énergie durable historique
16/06/2017
Les pompes péristaltiques Bredel de Watson-Marlow Fluid Technology Group ont été installées dans le cadre d'un projet historique de gestion des matières abrasives à la centrale de production de chaleur et d'électricité de Dong Energy de Studstrup, au Danemark.
Ce projet ambitionne de sortir du charbon et de remplacer les énergies fossiles par la biomasse, reflétant une réelle volonté de produire une énergie durable. Les pompes péristaltiques Bredel ont été sélectionnées par le principal maître-d'œuvre, Eurocon, après plusieurs essais ayant démontré leur capacité à surmonter efficacement les difficultés courantes liées à la haute densité, aux masses hétérogènes, aux particules abrasives et à la forte pression, par rapport aux pompes à vis excentrée concurrentes. Outre l'aspect lié au développement durable, ce projet est le résultat d'une étroite coopération entre WMFTG, Dong Energy et Eurocon pour la définition du réseau de conduites, des vitesses de fonctionnement, des spécifications des pompes et la durée de vie optimale des tubes.
La centrale de production de chaleur et d'électricité de Dong Energy à Studstrup est l'une des plus importantes au Danemark. À l'été 2016, la centrale lançait un projet né de l'ambition de fournir une énergie de chauffage verte à la ville voisine d'Aarhus et de produire une électricité verte pour le réseau danois.
En opérant une conversion du charbon vers la biomasse (granulés de bois), Dong Energy devait se munir d'une centrale servant à brûler les cendres issues de la combustion de charbon afin d'obtenir un liant optimal dans les gaz de combustion. Ce process permettrait d'éviter la corrosion et l'accumulation de dépôts et de scories sur les parois de la chaudière, et réduirait l'usure du catalyseur deNOx.
À cette fin, les cendres sont mélangées à 35 % d'eau, puis acheminées dans des cuves de dosage (chacune dotée d'une conduite de recirculation) à travers un réseau de conduites de 650 m, pour être enfin injectées dans les moulins à granulés. À l'intérieur, pour éviter le tassement, quatre pompes Bredel 80 sont installées pour l'acheminement de la bouillie de cendres, laquelle est ensuite dosée à partir de la conduite de recirculation dans une chaudière Babcock. La bouillie de cendres est dosée par quatre moulins à granulés, chacun équipé d'une pompe Bredel 40. Au total, l'installation compte 21 pompes Bredel de tailles variées, certaines restant en fonctionnement continu.
« Avant d'entreprendre la construction du site, nous avons dû créer une installation d'essai afin de déterminer la viscosité de la bouille de cendres et de mesurer la chute de pression des conduites à un pourcentage d'eau donné, de manière à pouvoir concevoir les pompes et les conduites aux dimensions appropriées », explique Edo van der Meulen, Responsable Formation et Application chez Watson-Marlow Bredel BV aux Pays-Bas. « À partir de là, nous avons calculé que le module de mélange pouvait être de 50 m³/h, avec un système de dosage auxiliaire capable d'acheminer au maximum 280 m³ par jour. WMFTG a pris part à l'étude de dimensionnement des pompes et aux calculs de pression. »
Il était très rapidement apparu évident que le risque d'usure des tubes était élevé. La coopération efficace qui s'est opérée entre WMFTG, Eurocon et Dong Energy a permis de mettre au point une solution optimisée permettant de réaliser d'énormes économies financières, les cendres exigeant habituellement l'utilisation de grosses pompes hydrauliques à double effet très onéreuses, dont le prix d'achat unitaire avoisine les 500 000 livres sterling.
À travers de subtils changements apportés au process, il est apparu que la durée de vie des éléments de tube en caoutchouc naturel utilisés sur le site de Dong Energy pouvait être prolongée. Grâce à l'assistance technique de WMFTG, la contre-pression du système par rapport à la compensation a pu être optimisée, réduisant la contrainte mécanique sur les tubes des pompes.
La vitesse du transfert de fluide a également nécessité un léger ajustage. La vitesse initiale de 20 tr/min permettait d'atteindre une vitesse de ligne de 2 m/s. Il s'est cependant avéré que cette vitesse n'était pas nécessaire pour éviter le tassement du produit. Le site fonctionne donc actuellement à une vitesse de 15 tr/min (atteignant 1,5 m/s), mais devrait prochainement passer à 1,2 m/s ce qui permettra là encore d'améliorer la durée de vie des tubes et donc d'accroître les temps d'exploitation.
L'installation d'amortisseurs de pulsations destinés à atténuer plus encore le problème de cavitation de la ligne, s'est également avérée bénéfique. Grâce aux amortisseurs de pulsations et à la baisse du débit ainsi obtenue, la contre-pression du système a diminué, passant à 50 %. Les vitesses de process ne sont en rien affectées du fait que les quatre pompes Bredel 80 n'acheminent la bouillie de cendres que pour les maintenir en suspension.
Une solution optimisée
« Pour résumer, l'effet de l'abrasivité sur la durée de vie des tubes est faible ; les facteurs tels que la teneur en matières solides sèches et la vitesse de la pompe ont un effet nettement supérieur », précise M. van der Meulen. « Chez Studstrup, la teneur en matières solides sèches des cendres entrant dans le système est contrôlée automatiquement – lorsqu'elle dépasse la limite de pompage de la bouille, une pompe Bredel 40 se met en marche et ajoute de l'eau jusqu'à ce que la B100 (qui permet le transfert de la bouillie préparée depuis un réservoir tampon jusqu'aux réservoirs de stockage) puisse à nouveau pomper. Quant à la vitesse de la pompe, elle a un effet quasi linéaire sur la durée de vie des tubes : une vitesse réduite de moitié double la durée de vie des tubes. »
C'est la première fois qu'Eurocon utilise des pompes péristaltiques mais les avantages sont tels que le maître-d'œuvre entend bien mettre en avant l'installation de Studstrup et l'utiliser comme vitrine pour ses futurs clients. Une nouvelle installation pour Dong Energy est d'ores et déjà en cours de discussion.
