Brevet FR2845982A1 — publié le 20040423

-1 - La présente invention concerne un dispositif pour incinérer les boues d'une faible siccité comme celles extraites lors du traitement des eaux usées des collectivités locales ou des industriels. - Dans les pays développés qui traitent leurs eaux résiduaires en appliquant des réglementations de plus en plus contraignantes, les quantités de boues produites sont très importantes. - Les boues sont, le plus souvent, mises en décharge ou épandues. - Les pouvoirs publics par la publications de textes réglementaires contraignants rendent, de plus en plus difficile, l'épandage. - Les décharges vont être réservées à l'accueil des déchets ultimes. - Les boues n'étant pas considérées comme déchets ultimes ne vont plus être acceptées dans les décharges. - Dans ces conditions, la solution pour les éliminer est de les incinérer, - La présente invention permet d'incinérer les boues dans des installations de 15 tailles beaucoup plus réduites que celles actuellement utilisées pour le même usage. -L'exploitation de l'incinérateur est aisée et beaucoup moins onéreuse que celle des dispositifs actuellement en service. - On peut arrêter et redémarrer l'incinérateur dans des temps très courts sans 20 risque de le détériorer. - L'incinérateur permet de traiter, en gardant le même schéma de principe et en dimensionnant différemment l'installation, de faibles, de moyens et de forts tonnages de boues. - Il est conçu pour faire tourner, en circuit fermé, une masse de matériaux 25 calibrés résistant à des températures élevées. - Dans le circuit, sont introduites les boues qui sont séchées puis incinérées. - La masse circulante est portée à sa plus forte température dans le four (1) dans lequel les boues séchées mélangées à la masse circulante, brlent par apport d'air pulsé dans le four par le ventilateur de combustion et réchauffé par 30 récupération de chaleur sur les gaz de combustion sortant du four -2 - Le four est dimensionné: En diamètre pour avoir une circulation des gaz à une vitesse suffisante pour entraîner, vers le haut du four, la masse circulante mélangée aux boues séchées. Celles ci brlent dans le volume du four avant d'atteindre la sortie de celui ci. 5. En hauteur, pour permettre aux boues qui brlent, d'avoir, dans le four, un temps le séjour minimum imposé par la réglementation, mais aussi, de permettre aux boues séchées et à l'air de combustion, d'être en contact suffisamment longtemps pour avoir une bonne combustion. - A la sortie du four, les gaz de combustion portant la masse circulante avec les 10 résidus très fins de la combustion des boues séchées traversent le cyclone (2) qui sépare la masse circulante constituée par les produits calibrés, des gaz de combustion portant les produits fins stériles constituant les déchets ultimes des boues incinérées. - La masse circulante descend en bas du cyclone o par le dispositif de 15 régulation, elle est divisée en deux parties variables, une partie va vers le sécheur (4a), l'autre descend directement au projeteur ( 4b). - La partie allant vers le sécheur arrive dans celui ci par les cotés de celui ci. - Un tube intérieur au sécheur (5), réglable en hauteur, est positionné au centre de celui ci. - En haut de ce tube (5), sont injectées les boues brutes, poussées à travers une grille (6) par "pistonnage", pour que leur volume soit éclaté pour faciliter leur séchage. - Le volume intérieur du tube central du sécheur, est délimité en haut par la grille et en bas par le talus d'éboulement de la masse circulante en fin de sa 25 phase descendante dans le sécheur. - Ce volume est rempli de gaz. Il est chauffé par la masse circulante qui descend en s'appuyant sur la surface externe du tube central du sécheur Dans ce volume, se dégage la vapeur d'eau issue de la vaporisation de l'eau contenue dans les boues. Cette vaporisation s'effectue, d'abord, dans le volume 30 du tube lors de la chute des boues "pistonnées" à travers la grille, puis, ensuite, en bas de sécheur lorsque les boues, en fin de chute, rencontrent le talus d'éboulement de la masse circulante. - La température des gaz dans le volume du tube central est limitée à des valeurs basse ne permettant pas la pyrolyse des boues, température limitée grâce au réglage en hauteur du tube central dans le sécheur, par régulation du débit de la masse circulante affectée au sécheur par l'intermédiaire du dispositif (3), et, 5 aussi, en cas de dérive anormale de cette température, par l'injection d'eau pulvérisée (7) dans le tube. - Le mélange de la masse circulante et des boues séchées est accompagné et aidé dans sa descente, en bas de sécheur, par le malaxeur (8) dont on peut faire varier la vitesse de rotation. - A la sortie de la base du sécheur le mélange boues séchées et masse circulante, descend dans le projeteur pneumatique (9) qui projette la masse circulante et les boues séchées en base du four, en dessus de la plaque de fluidisation (10) . - Le projeteur pneumatique sera alimenté par des gaz de combustion refroidis, poussés par le ventilateur (11b). - Si l'alimentation en gaz du projeteur s'arrête, la masse circulante s'appuie sur la sole du projeteur et se bloque (12). - C'est le gaz soufflé dans le projeteur qui provoque l'introduction de la masse circulante dans le four. - Pour isoler le projeteur, lors d'arrêts inopinés ou programmés de la machine, 20 trois trappes se ferment, actionnées par des vérins (13). - Dans la pièce cylindrique (10), en acier réfractaire, est mise en place la plaque de fluidisation permettant l'injection de l'air de combustion en bas du four - La pièce (10) est constituée par un cylindre de même diamètre que le four, placé entre deux brides. - La bride du haut est boulonnée à une contrebride soudée sur la partie basse du four. - La bride du bas est fixée sur une contrebride soudée sur le haut du cylindre de même diamètre recevant l'air de combustion à injecter dans le four. - La plaque de fluidisation est construite en matériaux réfractaires résistant à 30 haute température. - Dans cette plaque, sont placés les injecteurs verticaux d'air. - La plaque de fluidisation, lors des arrêts, peut facilement être inspectée et réparée. - En effet, après avoir été déboulonnée, la pièce (10) qui la contient, tourne autour de l'axe vertical (14) et se déplace dans un plan horizontal, pour sortir entièrement du four - Les injecteurs sont conçus pour permettre une bonne répartition de l'air de combustion sur l'ensemble de la section horizontale du lit. - Ils sont aussi conçus pour, qu'en cas d'arrêt de la machine, la masse circulante descende en bas du four, traverse les injecteurs, et se déverse dans la trémie (15) 10 en dessous de la plaque de fluidisation et en dessous de l'arrivée de l'air de combustion. - Cette trémie est munie à sa base, d'un sas motorisé (16) pour l'extraction des produits. - Elle permet, aussi, des redémarrages très rapides de la machine après arrêt. - Les autres composants du présent dispositif de séchage et d'incinération sont les suivants: - Evacuation des gaz de combustion à la sortie du cyclone. Les gaz sont refroidis, d'abord, en réchauffant l'air de combustion (17), puis, en évacuant la chaleur soit pour produire de la chaleur utile (18a), soit s'il n'y a pas, ou pas 20 suffisamment, de consommateurs de chaleur, vers l'environnement(18b), pour pouvoir attaquer, à bonne température, le traitement des fumées puis le ventilateur d'extraction (19). Le traitement de fumées et le ventilateur d'extraction sont protégées, en cas de problème, par un dispositif de dilution des gaz de combustion par de l'air ( 20). 25 - Condensation de l'eau vaporisée dans les boues par un condenseur (21) qui aspire l'eau dans le sécheur puis la condense par contact direct de la vapeur et de l'eau, l'eau pouvant être recyclée et refroidie par un aérorefroidisseur (22), ou directement puisée dans le bassin de la station d'épuration (23) pour être, après passage dans le condenseur, réinjectée dans ce même bassin. 30. Les incondensables collectés en haut du condenseur sont introduits dans le four -5 pour participer à la combustion (26). On évite ainsi, les mauvaises odeurs. - Réchauffage de l'air de combustion au démarrage Un combustible auxiliaire permet de réchauffer l'air de combustion par l'intermédiaire d'un brleur à veine (25) Maintien de la température dans la four en fonctionnement dégradé. Il est assuré par le brleur (26). -R6e Revendications 1) Revendication N01 Dispositif pour sécher et brler les boues de faible siccité, constitué par une masse circulante en matériaux calibrés réfractaires tournant dans un ensemble comprenant: - Un four vertical de faible diamètre et de grande hauteur, o brlent les boues séchées mélangées à la masse circulante, mélange poussé à grande vitesse vers le sommet du four par l'air de combustion traversant la plaque de fluidisation située en bas du four. - Un cyclone à la sortie du four séparant la masse circulante dirigée vers le bas 10 et les gaz de combustion dirigés vers la cheminée. - Un sécheur dans lequel tombe, grâce à une régulation, une partie de la masse circulante provenant de la base du cyclone. et dans lequel, sont introduites les boues brutes qui sèchent par vaporisation grâce à l'énergie thermique prise sur la masse circulante avec lesquelles elles se mélangent 15 (la vapeur d'eau dégagée est aspirée dans un condenseur extérieur). - Un projeteur pneumatique poussant, dans le four, au dessus de la plaque de fluidisation, le mélange pris à la base du sécheur. 2) Revendication N12 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four comporte une plaque 20 de fluidisation en matériaux réfractaires, placée dans une pièce en acier réfractaire, boulonnée sur des brides soudées sur le four, pièce qui une fois déboulonnée peut pivoter autour d'un axe vertical pour sortir du four et permettre d'intervenir, facilement, sur la plaque de fluidisation, la plaque de fluidisation comportant des injecteurs verticaux d'air de combustion, répartis sur la surface de la plaque, 25 injecteurs permettant, en cas d'arrêt du ventilateur de combustion, à la masse circulante, dans sa chute vers le bas, de traverser ceux ci, et de venir se rassembler dans la trémie de base du four. 3) Revendication N13 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le sécheur est situé sur le 30 circuit descendant de la masse circulante et comporte un tube central mobile de -7 régulation de séchage des boues évitant qu'elles se décomposent par pyrolyse, en faisant plonger, plus ou moins, ce tube central dans le corps du sécheur et en régulant le débit de la partie de la masse circulante dirigée vers le sécheur, l'autre partie revenant directement à la base du four, et comporte également un malaxeur 5 tournant à des vitesses variables pour réguler la vitesse de descente du mélange en bas du sécheur. 4) Revendication N 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le projeteur pneumatique pour l'entrée du mélange masse circulante, boues séchées comporte une 10 vanne d'arrêt de soufflage du gaz, l'écoulement des produits dans le sécheur s'arrêtant alors par talutage sur la sole du sécheur.