Améliorer l'efficacité des condenseurs avec la technologie novatrice de coupage du tartre

Centrale électrique d'Omaha nord, Omaha, Nebraska

La station électrique nord du district d'électricité publique d'Omaha est active sur la rive ouest du Missouri depuis de nombreuses années. La station dispose de quatre unités chauffées au charbon avec une capacité totale de 600 MW. Bien que la station soit principalement une centrale de base, une ou plusieurs unités sont parfois affectées au suivi de charge. Conçues à l'origine pour brûler du gaz naturel ou du charbon du Kansas à Btu élevé, les unités ont été converties pour brûler du charbon du Powder River Basin (PRB).

L'efficacité des turbines pâtit

Comme toutes les centrales électriques, un facteur clé de l'efficacité du cycle à générateur de vapeur de la station d'Omaha réside dans ses condenseurs. Plus grand est le vide du condenseur, plus grande est l'efficacité du cycle. De faibles performances de condenseur constituent la plus importante cause de perte d'efficacité dans une centrale électrique.

Jon Hansen, responsable d'usine de la centrale électrique d'Omaha nord, se rappelle que lorsque la température de la rivière a grimpé d'un pauvre 4,4°C en hiver à quelque 28,8°C en été, on a observé dans les installations une augmentation de la contre-pression dans le condenseur de 3 à 3,5 inHg, bien au-delà des 2 inHg cibles attendus. Par conséquent, l'efficacité des turbines s'est réduite et la chaleur globale des installations a augmenté.

Un autre effet négatif sur le système de condensation fut l'augmentation de 10 à 15°F de la température du compartiment chaud. En outre, les refroidisseurs à hydrogène du générateur utilisant le condensat comme moyen de réfrigération, le refroidissement du générateur était inadéquat. De ce fait, la production du générateur était limitée.

Durant un arrêt de fonctionnement de routine de l'unité 2, on trouva du tartre dans la section d'eau de refroidissement du condenseur. Une analyse à fluorescence X (XRF) indiqua que le tartre était du carbonate de calcium. Il s'agissait de la première fois que des dépôts de carbonate de calcium étaient observés dans la station. Des essais supplémentaires en laboratoire indiquèrent que le tartre avait une masse de dépôt par tube atteignant 184,63 g et une masse volumique du dépôt de 24,915 grammes par pied carré. Le tartre entraîna une diminution du diamètre intérieur du tube de 24 mm propre à une moyenne de 23 mm en présence de tartre.

En raison de la composition et de la dureté du dépôt, il fut déterminé que les méthodes habituelles de nettoyage des tubes (tige et brosse, nettoyage au pistolet conventionnel, système sur ligne, injection chimique, systèmes de nettoyage de tube rotatifs et hydroblasting) ne seraient pas efficaces. On décida de rechercher des méthodes de nettoyage alternatives.

Conco propose une solution

Finalement Conco Systems fut contacté, prié d'examiner et d'analyser les dépôts, et d'offrir une solution. Conco recommanda l'utilisation de nettoyeurs de tubes conçus pour fragmenter les dépôts de carbonate de calcium dans le condenseur et les échangeurs de chaleur. Du nom de "Cal-Busters™", chacun de ces nettoyeurs de tubes brevetés dispose de deux rangées de quatre roues en carbure montées sur sa circonférence. Les nettoyeurs sont conçus de telle dimension qu'ils puissent passer aisément dans le diamètre intérieur de 24 mm des tubes.

Après ouverture de la boîte de circulation de l'unité 5 sur le condenseur, 25 essais furent effectués à l'aide du système de nettoyage de tubes ProSeries™ 200B de Conco. Chaque Cal-Buster™, utilisant de l'eau à 300 psi de pression, traverse le tube à une vitesse pouvant atteindre 6 m/sec. Une bâche pendue à l'autre bout du condenseur recueille les Cal-Busters™ et protège la boîte de circulation des dégâts lorsque les nettoyeurs sortent du tube.

Méthode de nettoyage

Travaillant 24 heures sur 24 grâce à deux équipes de quatre hommes se relayant toutes les 12 heures, l'équipe de Conco a nettoyé plus de 5 000 tubes par période de travail. 12 passages ou davantage ont été réalisés avec chaque nettoyeur de tubes. Après avoir nettoyé les tubes avec les Cal-Busters™, un nettoyeur de tuyau souple à lamelles à usage industriel TruFit™ de Conco fut utilisé pour le nettoyage final des tubes. Au total, quelque 10 tonnes de dépôts de carbonate de calcium furent enlevés des tubes de condenseur des quatre condenseurs.

Résultats et avantages

Une entreprise d'ingénierie indépendante analysa les résultats du nettoyage des condenseurs sur les unités 3 et 4. Leur rapport final indiqua que le taux de propreté de l'unité 3 était de 34% avant le nettoyage et de 93% après celui-ci, ce qui se traduisit par une amélioration du rendement de 601,1 Btu/kWh. De même, l'unité 4 avec un taux de propreté de 37% avant le nettoyage et de 90% après celui-ci, avec une amélioration du rendement thermique de 395,6 Btu/kWh. sur base d'un facteur de capacité de production de 70% et du prix moyen du marché du charbon du PRB de 6-7 $/tonne en 200, on estime que l'usine économisera plus d'un million de dollars par an.