Brevet FR2954814A1 — publié le 20110701

PROCEDE ET INSTALLATION DE SECHAGE DE MATIERES PATEUSES, EN PARTICULIER DE BOUES DE STATIONS D'EPURATION, AVEC GENERATION D'ENERGIE THERMIQUE. La présente invention concerne un procédé de séchage de matières pâteuses, en particulier de boues de provenant de stations d'épuration d'eaux résiduaires, dont le rendement énergétique et thermique est amélioré. La technique du séchage thermique des boues provenant des stations d'eaux résiduaires urbaines est connue. Il existe différentes technologies permettant d'obtenir un produit fini dont la siccité finale est égale ou supérieure à 85%. La siccité d'une boue peut être définie comme le rapport de la masse de matières sèches (MS) à la masse totale de la boue (MS + eau) soit : MS/ (MS + H2O). Le principal reproche au séchage thermique est celui de la forte dépense énergétique nécessaire au séchage, ce qui entraîne des coûts d'exploitation élevés. Les brevets EP 0 781 741 BI ou EP 0 889 014 B1 divulguent un procédé de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de stations d'épuration, visant à améliorer le rendement thermique. Selon ces brevets, le procédé de séchage de matières pâteuses comprend deux étages de séchage à savoir : - un premier étage de séchage de type indirect à l'aide d'un fluide caloporteur, ce premier étage délivrant en sortie des boues pré-séchées et de la vapeur 25 d'eau, - une étape de formage des boues pré-séchées à la sortie du premier étage, - et un deuxième étage de séchage des boues pré-séchées qui sont chauffées à l'aide d'un gaz de chauffage, en particulier de l'air, ce deuxième étage donnant en sortie des boues séchées. 30 L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé qui permet de réduire l'énergie nécessaire au séchage des boues. Selon l'invention, un procédé de séchage de matières pâteuses, en particulier 35 de boues de station d'épuration, du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que: - au moins une partie des boues séchées sortant du deuxième étage de séchage est incinérée pour produire de l'énergie thermique, - et une partie au moins de cette énergie thermique est utilisée pour chauffer le fluide caloporteur du premier étage de séchage. Avantageusement, les boues séchées sortant du deuxième étage de séchage 5 peuvent être soumises à une action mécanique pour donner des granulats, et une partie au moins des granulats est incinérée. De préférence, le fluide caloporteur pour le chauffage du premier étage de séchage circule dans une boucle fermée et est chauffé par l'incinération des 10 boues. Le fluide caloporteur peut être constitué par de l'huile ou de la vapeur d'eau. La boucle fermée peut comporter une dérivation avec réchauffeur entre le fluide caloporteur de la boucle et le gaz de chauffage qui va entrer dans le 15 deuxième étage de séchage. L'énergie thermique fournie par l'incinération des boues peut être complétée par une énergie externe provenant d'une ou plusieurs sources d'énergie prises parmi le gaz, l'huile, le biogaz, la vapeur, les fumées. Une fraction de gaz peut être extraite entre le premier étage de séchage et le deuxième étage de séchage et être dirigée vers l'entrée d'air du système de chauffage pour l'incinération. 25 Avantageusement, l'incinération des granulats de boues est effectuée dans un incinérateur du groupe comprenant les incinérateurs à lit fluidisé, les incinérateurs cyclone, les incinérateurs à grilles mobiles, les incinérateurs à grilles fixes, les incinérateurs à grilles étagées, les incinérateurs rotatifs, ou autres similaire. 30 On peut récupérer de la chaleur additionnelle dans les fumées provenant de l'incinération. L'invention concerne également une installation de séchage de matières 35 pâteuses, en particulier de boues de station d'épuration, pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment, installation qui comprend : 20 - une première unité de pré-séchage de type indirect à l'aide d'un fluide caloporteur, cette unité délivrant en sortie des boues pré-séchées et de la vapeur d'eau qui est dirigée vers un condenseur pour y réchauffer un gaz de chauffage ; - un dispositif de formage des boues à la sortie de la première unité de séchage, - et une deuxième unité de séchage des boues pré-séchées assurant un chauffage à l'aide d'un gaz de chauffage, notamment de l'air, et qui est caractérisée en ce qu'elle comporte : - une unité d'incinération d'une partie au moins des boues sortant de la deuxième unité de séchage pour produire de l'énergie thermique, - et des moyens d'échange thermique pour transférer au moins une partie de cette énergie thermique produite au fluide caloporteur du premier étage de séchage. De préférence, l'installation comporte, à la sortie de la deuxième unité de séchage, un réducteur pour exercer une action mécanique sur les boues séchées et les produire sous forme de granulats plus fins. Les moyens d'échange thermique comprennent avantageusement une boucle fermée qui comporte une dérivation avec réchauffeur entre le fluide caloporteur de la boucle et le gaz de chauffage qui va entrer dans le deuxième étage de séchage. 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'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin annexé, mais qu'il n'est nullement limitatif. La figure unique de ce dessin est un schéma d'une installation de séchage mettant en oeuvre le procédé de l'invention. En se reportant au dessin, on peut voir une installation pour le séchage de matières pâteuses, en particulier de boues de station d'épuration, qui comporte un premier sécheur 1, ou unité de pré-séchage, de type indirect. L'alimentation en boues du sécheur 1 est assurée par une pompe 2, à partir d'un silo 3 contenant des boues à sécher. Le fluide caloporteur circule dans des canalisations 4 reliées à une boucle 5 qui sera décrite plus loin. Le fluide caloporteur de la boucle 5 est de préférence constitué par de l'huile ou de la vapeur d'eau. Par sécheur de type indirect on désigne un appareil dans lequel un fluide caloporteur utilisé pour le séchage des boues circule dans des canalisations avec échange de chaleur entre le fluide caloporteur et les boues à sécher, sans être en contact direct avec ces boues. Le sécheur 1 peut être du type à couche mince, à disques ou à palettes. Le sécheur 1 délivre à une sortie la des boues pré-séchées et, à une autre sortie lb, de la vapeur d'eau. Les boues pré-séchées sont introduites dans un extrudeur 6 de boues propre à former des cordons de boues, ou similaires, qui tombent, à travers la sortie 6a de l'extrudeur, dans un deuxième sécheur 7, par exemple du type à bandes 7a comme illustré sur le dessin. Le sécheur 7 est du type direct c'est-à-dire que les boues circulant sur les bandes 7a sont en contact direct avec un gaz de chauffage, en particulier de l'air chaud, introduit par une entrée 8. La boue sortant du sécheur 1, qui est encore dans la phase plastique, est extrudée à travers une plaque perforée comportant des trous de diamètre sélectionnés (extrudeurs de boue) afin de produire des éléments d'une taille uniforme et prédéterminée. Le gaz du sécheur 7 est extrait à l'aide d'un ventilateur 9 par une sortie 10 pour traverser, le cas échéant, une unité de refroidissement Il, puis un condenseur 12. Le gaz y est réchauffé par condensation de la vapeur d'eau qui sort du premier sécheur 1 par l'orifice lb et qui est dirigée par la conduite 13 jusqu'au condenseur 12. A la sortie du condenseur 12 le gaz réchauffé est renvoyé, au moins en partie, par une conduite 14 vers l'entrée 8. Eventuellement, une autre partie du gaz est évacuée à l'échappement par une sortie 15. La chaleur latente de vaporisation de l'eau est récupérée dans le condenseur 12. On peut prévoir une dérivation 16, équipée d'un ventilateur 17 pour prélever du gaz dans le sécheur 7 et le réintroduire dans ce sécheur après lui avoir fait traverser une unité de refroidissement 18. Le sécheur 7 comporte, en sortie 7b des boues séchées, un réducteur 19, ou broyeur, propre à exercer une action mécanique sur les boues séchées pour les délivrer, en sortie 20, sous forme de granulats, de taille plus petite qu'en sortie35 du premier sécheur 1. La siccité des boues séchées sortant du sécheur 7 peut atteindre 95%. Les granulats sortant du réducteur 19 sont, pour partie, évacués par un dispositif d'alimentation 21, notamment à vis, vers un silo de stockage et, pour une autre partie, par un dispositif d'alimentation 22, notamment à vis, vers un incinérateur 23, constituant une unité de chauffage, avec une entrée d'air 23a et une sortie de fumées 23b. La boucle 5 du fluide caloporteur du premier étage de séchage 1 comporte un échangeur 5a situé dans l'incinérateur 23, qui permet de chauffer le fluide caloporteur à partir de l'énergie thermique produite par l'incinération des granulats de boues séchées. La branche 24 de sortie de l'échangeur 5a, pour le fluide caloporteur réchauffé, se divise en deux branches 24a, 24b, chacune équipée d'une pompe 25a,25b lorsque le fluide est constitué par de l'huile, ou d'un autre moyen de régulation lorsque le fluide est constitué par de la vapeur d'eau. La branche 24a conduit le fluide caloporteur réchauffé vers les canalisations 4 du sécheur 1. Le retour du fluide caloporteur vers l'incinérateur 23 est assuré par une canalisation 26a qui rejoint une branche de retour 26 de l'échangeur 5a. La branche 24b dirige le fluide caloporteur vers un réchauffeur 27, assurant un chauffage du gaz, qui va entrer dans le deuxième sécheur 7, par le fluide caloporteur qui revient, par une canalisation 26b, vers la branche 26. L'énergie thermique fournie au fluide caloporteur de la boucle 5 par l'incinération des granulats peut être complétée par une énergie externe provenant d'une ou plusieurs sources d'énergie prises par exemple, parmi du gaz, de l'huile, du biogaz, de la vapeur d'eau, des fumées... La génération d'énergie assurée par l'incinération des boues séchées et son utilisation directe dans l'installation, au niveau du premier sécheur 1 avec récupération de la chaleur latente de vaporisation permet de réduire les besoins d'énergie externe et d'améliorer sensiblement le rendement thermique du procédé de séchage des boues. Le granulat séché produit à partir des boues d'épuration présente une valeur calorifique élevée qui dépend du rapport de la matière organique à la quantité totale de solide sec, des propriétés de la boue elle-même et de la teneur en humidité. Cette caractéristique fait que la boue séchée constitue une source viable d'énergie thermique pour le procédé susmentionné. L'alimentation en boue peut être manuelle ou automatique. La quantité incinérée dépend des exigences et peut être complétée avec des sources externes d'énergie tels que, mais non limités à : gaz, huile, biogaz, combustible solide, etc... Toute boue traitée qui n'est pas exigée par le système de chauffage est évacuée de toute manière prescrite. Les gaz d'échappement quittant l'installation entre la première unité de pré- séchage et la deuxième unité de séchage, ou provenant de toute partie de l'installation, peuvent être dirigés vers l'entrée d'air 23a du système de chauffage 23 où ils sont mélangés avec le courant d'air principal pour le système de chauffage. Cette disposition permettra d'augmenter la température de l'air en entrée et de désodoriser le flux de gaz d'échappement. Le système de chauffage constitué par l'incinérateur 23 peut être mis en oeuvre avec ou sans système de traitement des gaz de fumées. Le système de chauffage peut incorporer un équipement de récupération de chaleur additionnelle provenant des fumées. La chaleur générée par l'incinération des granulats peut être utilisée pour élever la température de tout moyen choisi tel que, mais sans limitation : huile et air, ou pour générer de la vapeur, pour chauffer l'équipement de l'installation. Les équipements de l'installation peuvent être prévus dans un environnement Atex , ou dans un environnement Non-Atex. La commande du procédé peut être automatique ou manuelle ou une 35 combinaison des deux. Le procédé peut être continu ou non continu, ou une combinaison des deux.30 Le procédé de l'invention peut être appliqué à un procédé et/ou à une installation selon EP 0 781 741 ou EP 0 889 014. Le procédé de l'invention peut être appliqué à des méthodes de séchage et à 5 des installations autres que celles décrites selon EP 0 781 741 ou EP 0 889 014. REVENDICATIONS1. Procédé de séchage de matières pâteuses, en particulier de boues de stations d'épuration, comprenant deux étages de séchage, à savoir : - un premier étage de séchage (1) de type indirect alimenté en un fluide caloporteur, qui délivre en sortie (1a, lb) des boues pré-séchées et de la vapeur d'eau; - une étape (6) de formage des boues à la sortie du premier étage, - et un deuxième étage de séchage (7) des boues pré-séchées qui sont chauffées à l'aide d'un gaz de chauffage, notamment de l'air, ce deuxième étage donnant en sortie (7b) des boues séchées, caractérisé en ce que : - au moins une partie des boues séchées sortant du deuxième étage de séchage est incinérée (23) pour produire de l'énergie thermique, - et une partie au moins de cette énergie thermique est utilisée pour chauffer le fluide caloporteur du premier étage de séchage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boues séchées sortant du deuxième étage de séchage sont soumises à une action mécanique (19) pour donner des granulats, et une partie au moins des granulats est incinérée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vapeur d'eau sortant (lb) du premier étage de séchage est dirigée vers un condenseur (12) 25 pour y réchauffer le gaz de chauffage du deuxième étage de séchage (7). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide caloporteur pour le chauffage du premier étage de séchage (1) circule dans une boucle fermée (5) et est chauffé par l'incinération des 30 boues. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est constitué par de l'huile ou de la vapeur d'eau. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boucle fermée (5) comporte une dérivation (24a, 24b) avec réchauffeur (27) entre le fluide caloporteur de la boucle (5) et le gaz de chauffage qui va entrer dans le 35deuxième étage de séchage (7). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergie thermique fournie par l'incinération des boues est complétée par une énergie externe provenant d'une ou plusieurs sources d'énergie prises parmi le gaz, l'huile, le biogaz, la vapeur, les fumées. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une fraction de gaz est extraite entre le premier étage de séchage et le deuxième étage de séchage et est dirigée vers l'entrée d'air (23a) du système de chauffage pour l'incinération. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'incinération des boues est effectuée dans un incinérateur du groupe comprenant les incinérateurs à lit fluidisé, les incinérateurs cyclone, les incinérateurs à grilles mobiles, les incinérateurs à grilles fixes, les incinérateurs à grilles étagées, les incinérateurs rotatifs. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que l'on récupère de la chaleur additionnelle dans les fumées provenant de l'incinération. 11. Installation de séchage de matières pâteuses, en particulier de boues de station d'épuration, pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque 25 des revendications précédentes, comprenant : - une première unité de pré-séchage (1) de type indirect à l'aide d'un fluide caloporteur, cette unité délivrant en sortie (la, 1 b) des boues pré-séchées et de la vapeur d'eau qui est dirigée vers un condenseur (12) pour y réchauffer un gaz de chauffage ; 30 - un dispositif (6) de formage des boues à la sortie de la première unité de séchage (1), - et une deuxième unité de séchage (7) des boues pré-séchées assurant un chauffage à l'aide d'un gaz de chauffage, notamment de l'air, caractérisée en ce qu'elle comporte : 35 - une unité d'incinération (23) d'une partie au moins des boues sortant de la deuxième unité de séchage pour produire de l'énergie thermique, 9 - et des moyens d'échange thermique (5,5a) pour transférer au moins une partie de cette énergie thermique produite au fluide caloporteur du premier étage de séchage (1). 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comporte à la sortie (7b) de la deuxième unité de séchage, un réducteur (19) pour exercer une action mécanique sur les boues séchées et les produire sous forme de granulats. 13. Installation selon la revendication 11 ou 12 , caractérisée en ce que les moyens d'échange thermique comprennent une boucle fermée (5) qui comporte une dérivation (24b, 26b) avec réchauffeur (27) entre le fluide caloporteur de la boucle et le gaz de chauffage qui va entrer dans le deuxième étage de séchage (7). 20