Dans le domaine de la désulfuration des gaz de combustion (DGC) dans les centrales électriques au charbon, le procédé de désulfuration des gaz de combustion par voie humide à base de calcaire et de gypse est la technologie la plus aboutie et la plus répandue au monde pour le contrôle des émissions de SO₂, avec plus de 90% des centrales thermiques chinoises qui ont adopté ce procédé. En tant qu’agent de désulfuration principal, la qualité de la préparation de la poudre de calcaire influe directement sur l’efficacité de la désulfuration. Le broyeur à cylindres vertical (VRM), grâce à ses atouts uniques que sont son rendement élevé, ses économies d'énergie et son respect de l'environnement, s'impose progressivement comme la solution privilégiée pour le traitement de la poudre de calcaire destinée à la désulfuration. Cet article propose une analyse approfondie du schéma de procédé, du choix des équipements et des principaux avantages liés à l'utilisation des VRM pour le traitement du calcaire de désulfuration.

1. Pourquoi le traitement VRM est-il nécessaire pour le calcaire utilisé à la désulfuration ?

La granulométrie de la poudre de calcaire a une impact déterminant sur l'efficacité de la désulfuration. Plus la granulométrie est fine, plus la surface spécifique est importante, et plus cela favorise l'absorption du SO₂. Actuellement, la poudre de calcaire utilisée pour la désulfuration doit généralement présenter une finesse de 95% passant au tamis de 250 mesh ou plus ; 90% passant au tamis de 325 mesh. La poudre de calcaire broyée à 325 mesh offre des performances de désulfuration encore meilleures.

Il existe trois méthodes principales de préparation de la poudre de calcaire destinée à la désulfuration en Chine : sec laminoir à tubes meulage, broyeur à boulets humide meulage, et meulage à sec VRM. Les broyeurs à boulets traditionnels présentent une consommation d'énergie élevée, un niveau sonore important et un encombrement important. En revanche, le VRM repose sur le principe du “ broyage en lit interparticulaire ” et intègre broyage, séchage, concassage, classification et transport en une seule unité, permettant ainsi un fonctionnement continu et intensif.

Ces dernières années, face à la demande croissante en poudre de calcaire plus fine et à la nécessité de réaliser des économies d’énergie et de réduire les émissions, de plus en plus de centrales électriques adoptent les VRM pour le traitement du calcaire destiné à la désulfuration. À l'heure actuelle, la technologie de fabrication des broyeurs à rouleaux verticaux (VRM) en Chine s'est considérablement améliorée, et leur fiabilité a été vérifiée à maintes reprises dans la préparation de la farine crue de ciment, le broyage de poudres fines dans l'industrie des minéraux non métalliques, ainsi que dans la préparation du charbon pulvérisé dans les centrales électriques et les aciéries.

2. Principaux avantages du traitement du calcaire de désulfuration à l'aide d'un VRM

2.1 Économies d'énergie significatives

Le VRM repose sur le principe du broyage en lit interparticulaire, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie de 30%–40% par rapport aux broyeurs à boulets traditionnels. La consommation électrique du système de broyage est de 20%–30% inférieur que celle d'un broyeur à boulets, et les économies réalisées sont d'autant plus importantes que la teneur en humidité de la matière première augmente. Les grandes unités VRM (par exemple, le modèle HLM3400) peuvent atteindre une capacité unitaire de 100 à 120 t/h. Les coûts d'exploitation des VRM sont moins élevés, avec des économies d'énergie de plus de 25% par rapport aux broyeurs à boulets, et la durée d'amortissement de l'investissement est généralement dans un délai de six mois.

2.2 Déroulement simplifié du processus

Le VRM intègre un classificateur, ce qui évite d'avoir recours à un classificateur externe et simplifie le processus. De la matière première au produit fini, le système ne comprend que quatre composants essentiels : équipement d'alimentation, système d'alimentation en gaz chaud, broyeur à cylindres vertical et équipement de récupération du produit.

2.3 Faible encombrement

Le système VRM occupe plus de 30% de surface au sol par rapport à un système de broyeur à boulets, ce qui permet de réduire les coûts de génie civil et de répondre aux exigences d'encombrement réduit des centrales électriques modernes.

2.4 Granulométrie homogène

La poudre de calcaire produite par un VRM présente les caractéristiques suivantes : granulométrie homogène, ce qui favorise les réactions chimiques de désulfuration qui suivent. Pour le broyage de poudres plus fines, le VRM n’est pas affecté par les effets électrostatiques susceptibles d’entraîner un broyage excessif.

2.5 Grande capacité de séchage

Le VRM peut traiter directement des matériaux dont la teneur en humidité peut atteindre 15%. Si la vapeur provenant de la centrale électrique est utilisée comme source de chaleur, elle peut réduire davantage la pollution liée au charbon et diminuer les coûts d'exploitation.

3. Schéma détaillé du processus de traitement du calcaire destiné à la désulfuration à l'aide d'un VRM

L'ensemble du processus peut être divisé en quatre étapes principales : préparation des matières premières, opération de broyage, classification et collecte, ainsi que stockage et acheminement des produits finis.

Étape 1 : Préparation des matières premières

Le calcaire destiné à la désulfuration arrive généralement à l'usine sous forme de morceaux, dont la granulométrie est généralement inférieur à 20 mm. La matière première subit d'abord un concassage primaire ; si les morceaux sont trop gros, on utilise un concasseur à mâchoires ou un concasseur à percussion pour le concassage grossier et moyen.

Le calcaire concassé est stocké dans un silo dédié (碎石仓) équipé d'une vanne située en dessous et d'une balance à bande électronique réglable qui contrôle le débit d'alimentation. La balance à bande déverse une quantité prédéfinie de calcaire en fonction des besoins du système. Après élimination du fer, le matériau est acheminé vers le VRM par un élévateur à godets et un alimentateur rotatif doté d'un sas.

Cette étape comprend également des essais sur les matières premières, qui nécessitent l'analyse du calcaire Teneur en CaO, composition en impuretés et humidité afin de garantir une qualité constante.

Étape 2 : Opération de broyage (étape principale)

Une fois dans le broyeur à rouleaux (VRM), le matériau est projeté par la table de broyage rotative vers l'espace situé entre les rouleaux de broyage et la table. Sous la pression du système hydraulique, les rouleaux exercent compression, cisaillement et broyage exerce des forces sur le matériau, ce qui permet une réduction efficace de sa taille. Le matériau se déplace du centre vers le bord de la table au fur et à mesure que celle-ci tourne, et est broyé par les rouleaux.

Parallèlement, de l'air chaud provenant d'un générateur de gaz chaud pénètre par le fond du broyeur, créant ainsi un courant d'air interne en circulation qui, d'une part, sèche le matériau et facilite son transport. L’air chaud est produit par un générateur de gaz chaud dédié, qui peut fonctionner au charbon ou au fioul selon les conditions de la centrale. Certaines centrales électriques utilisent directement des échangeurs de chaleur à vapeur, tirant ainsi pleinement parti des ressources en vapeur de la centrale.

Pour le calcaire, un minéral non métallique de dureté moyenne, le VRM offre une grande efficacité de broyage, une faible consommation d'énergie spécifique et contrôle précis de la granulométrie.

Étape 3 : Classification et collecte

Le matériau broyé est entraîné par le flux d'air vers le classificateur à haut rendement en vue de sa séparation. Le classificateur permet de régler la finesse finale en ajustant la vitesse de son rotor. En règle générale, la poudre de calcaire destinée à la désulfuration doit présenter une teneur en 95% passant au tamis de 250 mesh ou en 90% passant au tamis de 325 mesh.

Les particules grossières qui ne répondent pas aux critères de finesse sont renvoyées vers la table de broyage pour être rebroyées, formant ainsi un boucle en circuit fermé ce qui garantit une distribution granulométrique homogène et une réactivité élevée du produit final. La poudre fine conforme aux spécifications est entraînée par le flux d’air vers un filtre à manches à haut rendement, où il est capté par aspiration pour permettre la séparation gaz-solide. Le rendement de captage peut atteindre 99.99%, permettant ainsi d'atteindre des émissions de poussière quasi nulles.

Étape 4 : Stockage et acheminement des produits finis

La poudre de calcaire collectée est acheminée par un convoyeur à vis ou un système de transport pneumatique vers les silos de produits finis en vue de son stockage. Les silos sont équipés de dispositifs de déchargement situés à leur base. En fonction des besoins du système de désulfuration, la poudre de calcaire est dosée puis acheminée vers le système de préparation de la boue.

La poudre de calcaire est mélangée à de l'eau pour former une boue de calcaire, qui est ensuite pulvérisée dans la tour de désulfuration afin de réagir chimiquement avec le SO₂ présent dans les gaz de combustion, ce qui produit du gypse et permet d'assurer la désulfuration.

4. Guide de choix du matériel

4.1 Modèles de VRM recommandés

Le broyeur vertical HLM est spécialement conçu pour le broyage du calcaire utilisé dans la désulfuration. Il présente les caractéristiques suivantes : faible consommation d'énergie, faible usure et fonctionnement stable. Le broyeur vertical ultrafin HLMX utilise un classificateur combiné dynamique-statique, ce qui permet de régler la finesse du produit dans une plage comprise entre 325 à 2 500 mesh (5 à 40 μm) .

4.2 Facteurs clés de sélection

Le choix définitif devra tenir compte des critères suivants :

• Exigences en matière de capacité: Pour les productions en continu de grande envergure (> 20 t/h), le VRM est privilégié.
• Caractéristiques des matières premières: Pour une teneur en humidité ≤ 5%, un support de séchage est nécessaire.
• Exigence de finesse: Le procédé de désulfuration des gaz de combustion par voie humide (FGD) nécessite de garantir en priorité une teneur ≥ 901 TP3T passant au tamis de 325 mesh.
• Conditions sur le chantier: Le VRM nécessite un système à gaz chaud et un grand dépoussiéreur, et la hauteur du bâtiment doit être d’au moins ≥ 15 m.

Pour les centrales dont le débit annuel dépasse 100 000 tonnes, l'avantage du VRM en termes de consommation d'énergie spécifique par tonne peut amortir la différence d'investissement initial en six mois.

5. Protection de l'environnement et contrôle intelligent

L'ensemble du système est équipé d'un plateforme de contrôle automatisée qui surveille en temps réel des paramètres tels que la pression de broyage, le débit d'air, la température et le courant, garantissant ainsi un fonctionnement stable et économe en énergie. Cet équipement présente également des avantages tels qu'une maintenance aisée et un faible encombrement.

En matière de protection de l'environnement, le système fonctionne selon les principes suivants : entièrement fermé, à pression négative conditions et est équipé d'un filtre à manches à jet pulsé à haut rendement, permettant d'atteindre des émissions de poussière quasi nulles.

Le traitement du calcaire de désulfuration à l'aide d'un broyeur à rouleaux vertical constitue une solution de procédé de pointe qui intègre broyage à haut rendement, économies d'énergie, classification précise et fonctionnement respectueux de l'environnement. De la préparation des matières premières au transport du produit fini, le système VRM répond aux exigences strictes des grandes installations industrielles, telles que les centrales électriques et les aciéries, en matière de finesse, de réactivité et de débit des agents de désulfuration, grâce à un flux de processus scientifique et continu. Que ce soit pour de nouveaux projets de désulfuration ou pour la modernisation de procédés existants, la technologie de traitement VRM mérite d'être sérieusement prise en considération.