Les gaz de combustion sont très corrosifs, notamment aux températures nécessaires pour un fonctionnement au-dessus de 60 bars. Ressemblant à une grande chaudière industrielle, le four est construit avec des écrans à tubes d’eau au bas du four ainsi que sur les parois latérales. La liqueur noire est la liqueur résiduelle du procédé de réduction en pâte kraft et contient la plupart des éléments inorganiques de la cuisson d’origine et la substance ligneuse dissoute et dégradée. [3] La liqueur noire est une matière épaisse et visqueuse à forte teneur en hydrocarbures, traditionnellement brûlée dans une chaudière de récupération pour produire de la chaleur et de l’électricité afin d’alimenter l’usine de pâte à papier. Les composés organiques sont brûlés pour générer de la chaleur afin de produire de la vapeur pour diverses applications de transformation dans l’usine. La chaleur qui en résulte est une source d’énergie très appréciée, produisant de l’électricité et de la chaleur pour les usines de pâte et de papier, rendant bon nombre d’entre elles autosuffisantes en énergie. La combustion a lieu dans des conditions réductrices, transformant le sulfate de sodium en sulfure de sodium et formant également du carbonate de sodium. Les solides inorganiques, tels que le sulfure de sodium, l’hydroxyde de sodium, le carbonate de sodium, le sulfate de sodium, le thiosulfate, le chlorure de sodium et d’autres, sont fondus dans le lit du four.
Challenges concernant les éléments de la chaudière de récupération de liqueur noire
La combustion de la liqueur noire a lieu dans le four et nécessite un mélange d’oxygène pour que la combustion s’auto-entretienne. Le four peut être divisé en deux parties selon leurs fonctions, le four inférieur et le four supérieur. Dans la partie inférieure du four, la liqueur noire est pulvérisée pour se mélanger à l’air de combustion. Le lit de coulée d’éléments carbonisés s’accumule, pour être ensuite évacué de cette section. La coulée fondue est évacuée du four par des goulottes refroidies à l’eau et une série de tubes au fond du four qui doit être protégée contre la corrosion et est sujette à divers mécanismes de fissuration. Dans la partie supérieure du four, considérée comme étant au-dessus du lit de coulée, la combustion s’achève alors que les écrans de tubes d’eau refroidissent les gaz. Dans cette zone, la corrosion est principalement due à la sulfuration. Le gaz sort ensuite du four supérieur en passant par une section d’écran de chaudières, un surchauffeur, un évaporateur et un économiseur dans la plupart des cas. Dans ces différents faisceaux de tubes, les composants sont soumis à une érosion-corrosion à haute température.
Protection de chaudière de récupération de liqueur noire
Dans le passé, diverses méthodes de protection des tubes ont été explorées avec un succès limité, notamment le rembourrage par soudage manuel en alliage d’acier inoxydable, les revêtements par projection thermique et autres. Une dilution excessive lors du soudage manuel entraîne généralement une teneur en fer de 15 ou 20 % dans l’alliage déposé, réduisant ainsi considérablement la résistance de l’alliage à l’érosion-corrosion à haute température. La pulvérisation thermique provoque des écaillages dans certains cas et, dans d’autres, une attaque par sulfuration des tubes en acier carbone sous les revêtements. WSI a recherché des matériaux d’alliage et des méthodes d’application innovantes afin d’obtenir une durée de vie plus longue des composants inférieurs et supérieurs des fours exposés à diverses formes d’érosion et de corrosion. Trois méthodes d’application ont été mises en place avec succès pour relever ces défis.
Rechargement de métal In situ par soudage Unifuse™
Grâce à une technologie de soudage sur mesure et exclusive, le rechargement de métal par soudage MIG Unifuse™ déposé par une machine a la capacité de prolonger considérablement la durée de vie des écrans de chaudières de récupération. En appliquant des successions de cordon de soudure programmées sur mesure depuis la membrane jusqu’aux couronnes des tubes, la technologie Unifuse™ mise en œuvre sur le terrain assure la meilleure chimie de cordon de soudure, un dépôt d’épaisseur précise sur l’ensemble du tube, et une productivité impossible à atteindre auparavant. Grâce à l’utilisation d’acier inoxydable 309ss pour atténuer les attaques de sulfuration, les exploitants de chaudières de récupération de liqueur noire ont constaté une durée de vie des écrans de chaudières plus longue. En outre, l’alliage 625, connu pour être très résistant à la fissuration éco-assistée et à la fissuration par fatigue thermique, est un excellent choix pour le rechargement Unifuse™ pour les applications des tubes au fond du four et les goulottes de coulée refroidies par eau.
Fabrication en atelier de panneaux Unifuse™
De temps en temps, les exploitants sont confrontés à des situations où la corrosion à haute température et les mécanismes d’érosion et de corrosion ont accéléré l’usure des écrans de manière imprévisible et au-delà des épaisseurs autorisées par le code ASME. Les exploitants confrontés à des zones plus importantes présentant ce problème avaient besoin de panneaux de remplacement avec une protection en alliage disponible pour l’installation. WSI a tiré parti de ses expériences sur chantiers pour développer des procédés et des procédures pour le rechargement de métal par soudage Unifuse™ en atelier. L’application en atelier est conforme au code ASME et est fournie dans le cadre du programme de qualité WSI.
Fabrication en atelier de tubes 360° Unifuse™
Afin de prolonger la durée de vie des composants supérieurs des fours, tels que les sections d’écran de chaudières, les surchauffeurs, les évaporateurs, et les économiseurs, ainsi qu’augmenter les options de fabrication des panneaux, la technologie Unifuse™ a été brevetée par WSI, ce qui donne lieu à un procédé de fabrication de tubes bimétalliques utilisant un système de soudage automatisé à fusion complète. Le procédé breveté utilise un cordon de soudure MIG initial en alliage à 360°, suivi d’un cordon TIG pour lisser la surface de rechargement et tempérer la zone affectée thermiquement (HAZ) formée dans l’acier de substrat pendant le procédé MIG. Les tubes Unifuse™ 360° terminés présentent une excellente ductilité et ténacité à l’état rechargé, ce qui permet aux fabricants d’effectuer les cintrages nécessaires à la réalisation de diverses configurations sans fissure.
WSI – Des résultats prouvés. Automatiquement.
Avec plus de 2000 chantiers exécutés au total dans le monde avec Unifuse™ pour les fours depuis les années 2000, WSI est le leader mondial de l’extension de la durée de vie des chaudières. Que la chaudière doive être réparée en urgence ou lors d’un arrêt planifié, WSI dispose d’un leadership innovant sans équivalent, garanti par des résultats prouvés. WSI dispose du plus grand portfolio de projets de soudure sur chaudières de récupération de liqueur noire menés avec succès et de procédures aptes à relever tous les défis spécifiques des chaudières de récupération. Pour en savoir plus sur notre offre de services d’ingénierie, rendez-vous sur le site WSI.
[1] Nicholas P. Cheremisinoff, Paul E. Rosenfeld, dans « Handbook of Pollution Prevention and Cleaner Production », 2010
[2] The National Board of Boiler and Pressure Vessel inspectors. Chaudières de récupération de liqueur noire
[3] Pratima Bajpai, Biermann’s Handbook of Pulp and Paper (Troisième édition), 2018
