Réponse rapide : Les boues de cendres volantes et de cendres de fond s'égouttent bien dans un filtre-presse parce que les solides sont minéraux, incompressibles et pratiquement exempts de matières organiques. Le hic, c'est l'abrasion et les fines : les cendres volantes sont une poudre fine riche en silice qui use les pompes d'alimentation et les toiles, et la fraction la plus fine colmate les toiles à moins que la toile et le cycle ne soient choisis en conséquence. Les centrales qui passent des bassins de cendres humides à la manutention à sec utilisent des presses pour produire un gâteau empilable pouvant être mis en décharge ou vendu.
Pourquoi les centrales électriques déshydratent-elles les cendres
Pendant des décennies, les centrales au charbon ont acheminé leurs cendres vers des bassins par voie hydraulique et les ont laissées se déposer. Cela touche à sa fin. Aux États-Unis, la règle sur les résidus de combustion du charbon, publiée en avril 2015, a fixé des exigences pour les bassins de surface destinés aux cendres, et les amendements qui ont suivi ont imposé aux bassins non revêtus qui ne satisfont pas aux critères relatifs aux eaux souterraines ou à l'emplacement de cesser de recevoir des déchets et d'entamer leur fermeture, avec une échéance au 11 avril 2021 en vertu de la règle Part A de 2020. La règle de 2024 sur les centrales thermoélectriques à vapeur est allée plus loin et a établi une limitation de rejet nul pour les eaux de transport des cendres de fond et le lixiviat des résidus de combustion. Le résultat est le même partout où les règles se durcissent : les cendres qui étaient autrefois pompées dans un bassin doivent désormais être traitées comme un solide déshydraté.
Les cendres volantes sont décrites par l'US EPA comme un matériau très fin et poudreux, composé principalement de silice, entraîné avec les gaz de combustion et capturé dans les précipitateurs ou le sac à filtre. Les cendres de fond sont le matériau grossier et anguleux, trop lourd pour être entraîné, collecté au fond du four. Les deux se comportent différemment sous presse et sont généralement maintenus séparés.
D'où provient la suspension
- Eau de transport des cendres lourdes — l'eau de vannage qui transporte les cendres lourdes depuis la trémie de la chaudière. Solides grossiers à décantation rapide ; l'eau est recyclée en circuit fermé une fois les cendres éliminées.
- Cendres volantes provenant de la collecte par voie humide ou du dragage des bassins — soit provenant de laveurs humides et de précipitateurs humides, soit de la remédiation d'anciens bassins de cendres, où les cendres sont restées sous l'eau pendant des années et sont fines et saturées.
- Fermeture du bassin de cendres — les volumes les plus importants. Les sédiments de l'étang sont dragués sous forme de boue et doivent être déshydratés avant de pouvoir être transportés vers une décharge étanche ou valorisés.
- Gypse de désulfuration des gaz de combustion — non pas les cendres, mais traité par les mêmes installations : la boue de sulfate de calcium issue de la désulfuration des gaz de combustion par voie humide, qui se filtre facilement et est souvent vendue aux fabricants de plaques de plâtre.
Comportement des cendres dans un filtre-presse
Les cendres sont une charge favorable pour un filtre-presse. Les particules sont dures, incompressibles et inertes, de sorte que le gâteau ne se compacte pas en une couche imperméable comme le fait une boue biologique ou d'hydroxyde, et les vitesses de filtration sont élevées. Les cendres de fond et le gypse de désulfuration des gaz de combustion forment des gâteaux épais et poreux en cycles courts. Une humidité du gâteau de 15 à 25 % est typique pour les cendres grossières et le gypse, et une compression à membrane permet de l'abaisser davantage.
Les cendres volantes constituent le cas le plus difficile. Leur taille de particules varie de quelques microns à environ 100 microns, avec une traîne de très fines sphères vitreuses et de carbone non brûlé. Trois conséquences en découlent :
- Colmatage du tissu par les fines. La fraction la plus fine se loge dans le tissu. Un tissu en polypropylène monofilament calandré y résiste le mieux, et certaines usines ajoutent des cendres de foyer ou un pré-enduit pour ouvrir le gâteau.
- Abrasion. Les particules de silice et d'alumine usent la pompe d'alimentation, les coudes du tuyau d'alimentation et la toile au niveau de l'œil d'alimentation. Les pompes à boue avec des parties humides en métal dur ou garnies de caoutchouc, ou un pompe à membrane à commande pneumatique pour les unités plus petites, durent bien plus longtemps qu'une pompe centrifuge standard.
- Installation dans la ligne d'alimentation. Les cendres se déposent rapidement. Les conduites d'alimentation sont dimensionnées pour la vitesse, la presse est alimentée depuis un réservoir agité, et la conduite est rincée à la fin de chaque cycle afin qu'elle ne se bouche pas.
Le carbone non brûlé mérite une mention. Les cendres volantes à haute teneur en carbone (provenant de chaudières plus anciennes ou de brûleurs à faible teneur en NOx) se filtrent plus lentement et retiennent plus d'eau, et elles peuvent rendre le gâteau impropre à une utilisation dans le ciment. Une valeur de perte au feu dans la demande nous indique dans quel cas vous vous trouvez.
Dimensionnement de la presse pour les cendres
Partez de tonnes sèches par jour, comme pour toute boue. Comme les gâteaux de cendres sont denses — masse volumique apparente comprise entre 1 200 et 1 600 kg/m³ selon le type et l'humidité — un volume de chambre donné contient bien plus de solides secs qu'il n'en contiendrait de boues, et les temps de cycle sont courts. Une presse qui traiterait 5 tonnes de boues biologiques sèches par jour en traitera plusieurs fois plus en cendres. Ce qui limite la presse, c'est généralement le système d'alimentation et la manutention des gâteaux, pas la filtration.
Points qui façonnent la spécification :
- Matériau de la plaque. Les plaques en polypropylène sont standard ; elles résistent au pH alcalin de la plupart des boues de cendres. Des plaques renforcées sont spécifiées lorsque la pression d'alimentation est élevée afin de raccourcir les cycles.
- Pression d'alimentation. Les filtres à boue de cendres filtrent rapidement à pression modérée ; une alimentation en deux étapes qui remplit à basse pression et termine à haute pression offre le meilleur temps de cycle et la meilleure siccité du gâteau.
- Fonctionnement automatique. Les cendres forment un flux continu et à haut débit. Le déplacement automatique des plaques, le lavage du tissu et le déchargement du gâteau sur un convoyeur sont la norme ; voir le filtre-presse à chambres gamme.
- Cible de sécheresse du gâteau. Pour l'enfouissement, un gâteau qui passe un test de filtre à peinture et qui peut être empilé suffit. Pour une utilisation bénéfique dans le ciment ou le béton, les acheteurs fixent un plafond d'humidité, et un filtre-presse à membrane est la façon de le respecter de manière constante.
- Filtrat. Le filtrat de cendres est alcalin et peut contenir du bore, du sélénium ou d'autres éléments traces ; il retourne dans la boucle d'eau de transport ou vers le traitement, et non vers le rejet.
Filtre-presse versus les alternatives
| Filtre-presse | Presse à bande | Centrifugeuse | Tubes géotextiles | |
|---|---|---|---|---|
| Humidité du gâteau, cendres volantes | Le plus bas | Élevé | Modéré | Haut, lent |
| Usure par usure abrasive | Tissu et pompe d'alimentation uniquement | Courroie et rouleaux | Défilement et bol, cher | Faible |
| Captures de fines | Élevé | Faible | Modéré | Modéré |
| Empreinte | Modéré | Modéré | Petit | Très grand |
| Meilleur ajustement | Systèmes permanents de manipulation à sec ; fermeture de bassin avec utilisation bénéfique | Rarement utilisé pour les cendres | Réaménagements limités par l'espace | Fermeture temporaire de l'étang avec terrain disponible |
Que faut-il envoyer pour une proposition de déshydratation des cendres
Le type de cendres (volantes, de fond, sédiments d'étang, gypse de désulfuration des gaz de combustion), les tonnes sèches par jour, la concentration en solides de la suspension, la distribution granulométrique si disponible, la perte au feu, le pH, l'humidité cible du gâteau et sa raison (mise en décharge ou vente), et comment le gâteau sera déplacé. Un échantillon d'un litre de la suspension nous permet de réaliser un test de filtration et de citer le temps de cycle et l'humidité du gâteau à partir de données plutôt que d'hypothèses.
Connexe : Filtres-presses pour l'énergie et les énergies nouvelles, Guide de sélection des toiles de filtre-presse, filtre-presse vs centrifugeuse vs presse à bande.
Questions fréquemment posées
Les cendres volantes peuvent-elles être déshydratées avec une presse à filtre ?
Oui. Les cendres sont minérales, incompressibles et se filtrent rapidement. Les points de conception sont des pompes d'alimentation résistantes à l'abrasion, un tissu monofilament calandré qui résiste au colmatage par les fines, et un système d'alimentation qui maintient les solides à sédimentation rapide en suspension.
Quelle humidité du gâteau un filtre-presse peut-il atteindre sur les cendres ?
Typiquement 15 à 25 % pour les cendres de foyer et le gypse de désulfuration des fumées, un peu plus pour les cendres volantes fines contenant du carbone imbrûlé. Une compression membranaire la réduit davantage et garantit une humidité constante pour les acheteurs de ciment ou de plaques de plâtre.
Pourquoi les cendres volantes sont-elles plus difficiles à filtrer que les cendres de fond ?
Il est beaucoup plus fin, avec une fraction de sphères vitreuses de quelques microns qui se logent dans le tissu, et il peut contenir du carbone non brûlé qui retient l’eau. Les mâchefers sont grossiers et anguleux et forment un gâteau ouvert et à drainage rapide.
Quelle est la différence entre les cendres volantes et les cendres de fond ?
Les cendres volantes sont la poudre fine entraînée avec les gaz de combustion et capturée dans les précipitateurs ou les filtres à manches ; les cendres de fond sont le matériau grossier qui tombe au fond du four. Les deux sont des résidus de combustion du charbon, mais ils sont manipulés et déshydratés séparément.
Que devient le filtrat de filtre-presse provenant des cendres ?
Elle retourne dans la boucle d'eau de transport des cendres ou est dirigée vers le traitement des eaux usées de l'usine. Elle est alcaline et peut contenir des éléments traces tels que le bore et le sélénium, c'est pourquoi elle n'est pas rejetée directement.
Un filtre-presse est-il adapté à la fermeture d'un bassin de cendres ?
Oui, lorsque les cendres déshydratées seront enfouies dans une cellule étanche ou vendues, et que la fermeture dure suffisamment longtemps pour justifier une installation permanente. Pour les fermetures de courte durée disposant de terrains disponibles, on utilise parfois des tubes géotextiles à la place, au prix d'un produit plus humide.
Envoyez le type de cendre, le tonnage et l'humidité cible et nous dimensionnerons la presse, la pompe d'alimentation et la toile pour cela : demander une proposition de déshydratation des cendres.
Références : US EPA — Élimination des résidus de combustion du charbon provenant des services publics d'électricité (règle CCR), US EPA — Notions de base sur les cendres de charbon, US EPA — Lignes directrices sur les effluents des centrales à vapeur, règle finale de 2024.
Cet article fait partie de notre guide sur applications industrielles du filtre-presse.