Brevet FR2909984A1 — publié le 20080620

SILO POUR LE STOCKAGE DE PRODUITS EN VRAC, NOTAMMENT DES BOUES SECHEES DE STATIONS D'EPURATION. L'invention est relative à un silo pour le stockage de produits contenant des matières organiques, produits pour lesquels apparaissent des phénomènes d'auto-échauffement, le silo comportant une enveloppe extérieure présentant une partie haute et une partie basse, cette enveloppe étant réalisée en une matière conductrice de la chaleur, notamment métallique, et comportant au moins une entrée et une sortie pour les produits, un toit fermant le silo en partie haute, et un dispositif d'évacuation fermant le silo en partie basse. L'invention concerne plus particulièrement mais non exclusivement, un tel silo pour le stockage de boues séchées de stations d'épuration d'eaux résiduaires ou analogues. La capacité de stockage des silos actuels est limitée par le phénomène d'auto-échauffement du produit stocké. En effet, la section transversale des silos, en particulier le diamètre extérieur (abstraction faite de l'épaisseur de paroi) dans le cas d'une section circulaire, se trouve limitée en raison du phénomène d'auto-échauffement du produit stocké. Pour un type de produit, on peut définir un rayon critique Rc qui correspond à une épaisseur radiale maximale admissible de produit pour que la chaleur générée par auto-échauffement soit suffisamment évacuée à l'atmosphère à travers la masse de produit et l'enveloppe extérieure afin d'éviter un début de pyrolyse lorsque la température s'élève. Plus un produit, de par sa composition et sa granulométrie, présente un risque d'auto-échauffement important, plus le rayon critique sera faible, afin de faciliter l'évacuation de la chaleur. Dans le cas d'un silo vertical cylindrique à section circulaire, pour un matériau et une épaisseur donnés de paroi de l'enveloppe, la distance entre l'axe géométrique du silo et la surface extérieure de l'enveloppe (rayon de l'enveloppe) devra rester inférieure ou égale au rayon critique Rc du produit à stocker. Un produit de rayon critique Rc devra être stocké dans un silo dont le rayon est inférieur ou égal à Rc. A titre indicatif, il est fréquent de rencontrer des silos pour boues séchées constitués par des enveloppes cylindriques d'une dizaine de mètres de haut et d'un diamètre intérieur inférieur ou égal à 2 mètres. L'invention a pour but, surtout, de permettre d'augmenter la capacité de stockage d'un silo du genre défini précédemment, sans pour autant diminuer la sécurité à l'égard du phénomène d'auto-échauffement des produits stockés. Selon l'invention, un silo pour le stockage de produits en vrac 2909984 2 séchés, contenant des matières organiques, en particulier pour le stockage de boues séchées de stations d'épurations d'eaux résiduaires, du genre défini précédemment, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cheminée intérieure en une matière conductrice de la chaleur, notamment métallique, 5 communiquant avec l'atmosphère en partie haute et en partie basse, le volume intérieur de la cheminée étant libre pour permettre la circulation de l'air et l'évacuation de la chaleur. De préférence, la cheminée intérieure est coaxiale à l'enveloppe extérieure. Selon les cas, on peut prévoir une cheminée intérieure excentrée 10 par rapport à l'enveloppe extérieure. Le silo peut comporter plusieurs cheminées intérieures d'axes parallèles. Avantageusement, l'enveloppe du silo comporte intérieurement en partie basse un moyen de support de la cheminée intérieure propre à assurer une communication de cette cheminée intérieure avec l'atmosphère, en 15 empêchant toute entrée de produit dans ladite cheminée intérieure. Le moyen de support de la cheminée intérieure est prévu pour permettre l'évacuation des eaux pluviales et la circulation de l'air. Le moyen de support peut comprendre des tubes inclinés vers le bas, soudés à la cheminée et débouchant dans cette cheminée, chaque tube 20 traversant la paroi de l'enveloppe à laquelle il est soudé et débouchant à l'extérieur. Le moyen de support peut comprendre trois tubes formant un trépied. L'enveloppe est avantageusement cylindrique ou prismatique d'axe vertical. Le diamètre de la cheminée d est calculé de telle manière que la 25 contrainte de sûreté définie par le rayon critique Rc soit respectée : D4R,+d, soit d > D - 4 Rc . Avantageusement, le diamètre extérieur D de l'enveloppe est au moins égal à trois mètres. 30 L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec références aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : 35 Fig. 1 est une vue schématique en perspective avec parties arrachées d'un silo conforme à l'invention, et Fig. 2 montre, semblablement à Fig.1, une variante de réalisation. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un silo S pour le 2909984 3 stockage de produits en vrac P, contenant des matières organiques. Plus particulièrement, les produits P sont constitués par des boues séchées de stations d'épuration d'eaux résiduaires. De tels produits donnent lieu à des phénomènes d'auto-échauffement et peuvent donner lieu à des débuts de 5 pyrolyse lorsque la température s'élève, si la chaleur produite n'est pas suffisamment évacuée vers l'atmosphère. Le silo S comporte une enveloppe extérieure 1, généralement en tôle d'acier. L'enveloppe 1 peut avoir une forme cylindrique, à section circulaire, d'axe vertical, présentant une partie haute la et une partie basse 1 b. Des 10 moyens de support de cette enveloppe 1 en position verticale sont prévus mais non représentés sur les dessins. D'autres formes d'enveloppes 1 seraient possibles, par exemple des enveloppes prismatiques. En variante, l'axe de l'enveloppe pourrait être incliné par rapport à la verticale d'un angle qui n'affecte pas la descente par gravité du produit en vrac. 15 Le silo est fermé en partie haute par un toit 2, notamment formé par un disque de tôle, obturant la partie supérieure du cylindre. Une entrée E pour les produits en vrac est prévue en partie haute, par exemple dans la paroi cylindrique de l'enveloppe 1. Une sortie A pour les produits est prévue en partie basse. 20 Le silo S comporte en partie basse un dispositif de distribution de produits G formé par un cône de concentration 3 dont la petite base est dirigée vers le bas. Cette petite base est ouverte et forme la sortie A. Le cône 3 permet de regrouper le produit en vrac à la sortie. Le cône 3 est avantageusement équipé d'un fond vibrant 4 pour faciliter l'écoulement des produits en vrac. 25 Selon l'invention, le silo S comporte au moins une cheminée intérieure 5 en une matière conductrice de la chaleur, notamment une cheminée métallique, communiquant avec l'atmosphère en partie haute 5a et en partie basse 5b. La cheminée 5 est généralement réalisée en tôle d'acier. Selon la réalisation de Fig.l, la cheminée 5 est cylindrique de section 30 circulaire, coaxiale au silo S. La cheminée 5 pourrait avoir une forme différente, notamment une forme prismatique à section transversale polygonale. La cheminée 5 traverse un trou prévu dans le toit 2. L'étanchéité entre le contour de la cheminée 5 et le pourtour du trou prévu dans le toit 2 peut être assurée par un cordon de soudure qui établit une liaison mécanique entre les deux 35 éléments. L'extrémité supérieure 5a de la cheminée est totalement ouverte à l'atmosphère, ou peut être revêtue d'un caillebotis ou d'une grille de protection laissant le passage libre à l'air. La partie inférieure 5b de la cheminée communique avec 2909984 4 l'atmosphère par des tubes 6 soudés à la partie inférieure de la cheminée et débouchant dans cette cheminée 5. Les tubes 6 sont inclinés vers le bas à partir de la cheminée, dans des plans passant par l'axe de la cheminée, et traversent de manière étanche la paroi du cône 3 pour s'ouvrir à l'extérieur. 5 Chaque tube 6 est fixé, notamment par soudure, à la paroi du cône 3 au niveau de l'orifice par lequel il traverse cette paroi, l'ensemble des tubes 6 constituant un moyen de support B de la cheminée 5. De préférence, trois tubes 6 sont prévus, espacés angulairement de 120 , pour former un trépied support de la cheminée 5. Tout autre moyen de support de la cheminée 5 dans le silo S peut 10 être envisagé. La cheminée centrale 5 est ainsi ouverte au point bas via les tubes 6. L'ouverture des tubes 6 permet un tirage naturel et une évacuation des eaux pluviales. La surface cumulée de la section des tubes 6 est dimensionnée pour ne pas freiner le tirage naturel de la cheminée 5. L'extrémité axiale inférieure de 15 la cheminée 5 est fermée, par exemple par un disque. Le cas échéant, pour renforcer l'écoulement de la ventilation naturelle, on peut prévoir un ventilateur 7 dans la cheminée 5, de préférence en partie haute. On désigne par H la hauteur de la partie cylindrique du silo, par D le 20 diamètre extérieur de l'enveloppe 1 et par d le diamètre extérieur de la cheminée 5. Le rapport d/D est de préférence égal ou supérieur à 0.12 (d/D 0.12). A titre d'exemple non limitatif, le diamètre d peut être de l'ordre de 1 mètre, tandis que le diamètre D peut être compris entre 3 et 8 mètres. Dans le cas d'un silo cylindrique vertical, sans cheminée de diamètre 25 intérieur D, les produits pouvant être stockés en sécurité doivent correspondre à un rayon critique Rc égal ou supérieur à D/2 (Rc ? D/2). Les produits ayant un rayon critique inférieur à cette valeur ne pourront être stockés en sécurité dans le silo. Dans le cas d'un silo cylindrique vertical selon l'invention de diamètre 30 extérieur D, avec cheminée coaxiale ayant un diamètre extérieur d (en faisant abstraction des épaisseurs de parois), la distance maximale entre un point du produit stocké et une paroi (paroi de l'enveloppe ou paroi de la cheminée) au contact de l'atmosphère est égale à (D-d) / 4. Les produits à stocker en sécurité pourront avoir un rayon critique Rc (D-d) / 4, bien inférieur à celui 35 d'un silo classique de même diamètre extérieur. La cheminée 5 ainsi créée peut être équipée d'un moyen d'accès, telle qu'une échelle à crinoline, ou un escalier en colimaçon, qui permettre l'installation d'instrumentation ou d'équipement dans la cheminée. 2909984 5 La disposition concentrique de la cheminée selon Fig. 1 est optimale du point de vue de la résistance mécanique, grâce à la concentricité des efforts sur la cheminée centrale 5, et du point de vue de l'auto-échauffement. Il est toutefois possible, comme illustré selon la variante de Fig.2, de 5 placer la cheminée 5' dans une position excentrée par rapport à l'enveloppe 1. Les parties haute et basse de cette cheminée sont désignées par 5'a et 5'b. Selon l'exemple illustré, l'excentricité de la cheminée 5' est égale à la moitié de son diamètre extérieur, c'est-à-dire d/2. Dans ce cas, la distance maximale entre un point du produit stocké et une paroi (paroi de l'enveloppe ou paroi de 10 la cheminée) au contact de l'atmosphère est égal à D/4, c'est à dire à la moitié du rayon de l'enveloppe extérieure. En effet la paroi de la cheminée 5' contient l'axe géométrique de l'enveloppe 1. Le rayon critique Rc est alors égal ou supérieur à D/4 ( Rc D/4). L' excentricité peut prendre des valeurs différentes mais la solution 15 coaxiale reste préférée. II est également possible de prévoir plusieurs cheminées à l'intérieur de l'enveloppe 1, avec des axes parallèles répartis pour assurer une bonne évacuation de la chaleur. Par exemple, les axes des cheminées pourraient être régulièrement espacés sur une circonférence concentrique à l'enveloppe 1. 20 L'invention permet d'augmenter le diamètre extérieur du silo, tout en restant conforme au rayon critique d'auto-échauffement. La chaleur fournie par l'auto-échauffement peut se dissiper aussi bien par l'enveloppe extérieure 1 que par la cheminée intérieure 5, 5'. Les tableaux donnés ci-apprès montrent que la capacité de stockage 25 par mètre linéaire d'enveloppe 1 du silo est multipliée par un facteur supérieur à 4, pour un même rayon critique. Pour une même quantité à stocker, on peut réduire le nombre de silos nécessaires, et réduire d'autant les équipements de sécurité et de process nécessaires à chaque silo, tels que ceux de la liste non exhaustive suivante : 30 -détecteur de CO - évent d'explosion (avec détection de rupture) unité de remplissage, unité de vidange - mesure de niveau - sondes de température 35 détection de niveau très haut soupape de sécurité 2909984 6 Tableaux de l'évolution du volume et rayon critique en fonction du diamètre extérieur d'un silo cylindrique. Valeur calculée pour H=10m et d=1m, cheminée 5 coaxiale au silo (Fig. 1) 5 SILO CLASSIQUE SILO avec CHEMINEE COMPARAISON SANS CHEMINEE INTERIEURE COAXIALE Dia Volume Rayon Volume Rayon volume Réduction SILO silo critique silo (m3) critique avec rayon (m3) (m) (m) cheminée critique (%) (%) D H.D2.n/4 D/2 H(D2-d2). (D-d)/4 7c/4 3 m 70.7 1.5 62.8 0.5 89% 33% 4 m 125 2 117 0.75 93% 37% 5 m 196 2.5 188 1 96% 40% 6 m 282 3 274 1.25 97% 41% 7 m 384 3.5 377 1.5 98% 42% 8 m 502 4 494 1.75 98% 43% Ainsi, pour un même rayon critique de 1.5 m, un silo selon l'invention aura un 10 volume de 377 m3 , contre seulement 70.7 m3 pour un silo classique sans cheminée coaxiale. Tableaux de l'évolution du volume et rayon critique en fonction du diamètre du silo. 15 Valeur calculée pour H=10m et d=1 m, cheminée 5'excentrée de d/2 (Fig.2) SILO CLASSIQUE SILO avec CHEMINEE COMPARAISON SANS CHEMINEE INTERIEURE EXCENTREE Dia Volume Rayon Volume Rayon volume Réduction SILO silo critique silo (m3) critique avec rayon (m3) (m) (m) cheminée critique (%) (%) H.D2.~c/4 D/2 H(D2-d2). D/4 n/4 3 m 70.7 1.5 62.8 0.75 89% 50% 4 m 125 2 117 1 93% 50% 5 m 196 2. 5 188 1.25 96% 50% 6 m 282 3 274 1.50 97% 50% 7 m 384 3.5 377 1.75 98% 50% 8 m 502 4 494 2 98% 50% 20 2909984 7 Pour un même rayon critique de 1.5 m, un silo avec cheminée excentrée aura un volume de 274 m3, contre seulement 70.7 m3 pour un silo classique sans cheminée. REVENDICATIONS 1. Silo pour le stockage de produits en vrac, contenant des matières organiques, en particulier pour le stockage de boues séchées de stations d'épuration d'eaux résiduaires, produits pour lesquels apparaissent des phénomènes d'auto-échauffement, le silo comportant une enveloppe extérieure, présentant une partie haute et une partie basse, cette enveloppe étant réalisée en une matière conductrice de la chaleur, notamment métallique, et comportant au moins une entrée et une sortie pour les produits, un toit fermant le silo en partie haute, et un dispositif d'évacuation fermant le silo en partie basse, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cheminée intérieure (5, 5') en une matière conductrice de la chaleur, en particulier métallique, communiquant avec l'atmosphère en partie haute et en partie basse, le volume intérieur de la cheminée étant libre pour permettre la circulation de l'air et l'évacuation de la chaleur. 2. Silo selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cheminée intérieure (5) est coaxiale à l'enveloppe extérieure (1). 3. Silo selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cheminée intérieure (5') est excentrée par rapport à l'enveloppe extérieure. 4. Silo selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs cheminées intérieures d'axes parallèles. 5. Silo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) comporte intérieurement en partie basse un moyen de support (B) de la cheminée intérieure (5,5') propre à assurer une communication de cette cheminée intérieure avec l'atmosphère, en empêchant toute entrée de produit dans ladite cheminée intérieure. 6. Silo selon le revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de support (B) de la cheminée intérieure (5,5') est prévu pour permettre l'évacuation des eaux pluviales et la circulation de l'air. 7. Silo selon le revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le moyen de support (B) comprend des tubes (6) soudés à la cheminée (5,5') et débouchant 2909984 9 dans cette cheminée, chaque tube (6) traversant la paroi de l'enveloppe à laquelle il est soudé et débouchant à l'extérieur. 8. Silo selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de support (B) 5 comprend trois tubes (6) formant un trépied. 9. Silo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe est cylindrique d'axe vertical, et le rapport d/D du diamètre extérieur d de la cheminée (5,5') au diamètre extérieur D de l'enveloppe est ~o supérieur à 0.12 . 10. Silo selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre de l'enveloppe (1) est au moins égal à trois mètres, la cheminée intérieure (5, 5') ayant un diamètre au moins égal à un mètre.