CA2672774A1

CA2672774A1 - Silo pour le stockage de produits en vrac, notamment des boues sechees de stations d'epuration

Info

Publication number: CA2672774A1
Application number: CA002672774A
Authority: CA
Inventors: Francois Sutter
Original assignee: Individual
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2008-07-24
Also published as: FR2909984B1; FR2909984A1; US20100126694A1; WO2008087301A2; WO2008087301A3; CN101563277A; EP2094588A2; BRPI0721353A2; RU2009127804A

Abstract

Silo pour le stockage de produits en vrac, séchés, contenant des matières organiques, en particulier pour le stockage de boues séchées de stations d' épuration d'eaux résiduaires, produits pour lesquels apparaissent des phénom ènes d'auto-échauffement, le silo comportant une enveloppe extérieure (1 ) p résentant une partie haute et une partie basse, cette enveloppe étant réalis ée en une matière conductrice de la chaleur, notamment métallique et comport ant au moins une entrée et une sortie pour les produits, un toit (2) fermant le silo en partie haute, et un dispositif d'évacuation (3) fermant le silo en partie basse. Le silo comporte au moins une cheminée intérieure (5) en un e matière conductrice de la chaleur, en particulier métallique, communiquant avec l'atmosphère en partie haute et en partie basse, le volume intérieur d e la cheminée étant libre pour permettre la circulation de l'air et l'évacua tion de la chaleur, le rapport d/D du diamètre extérieur d de la cheminée (5 ) au diamètre extérieur D de l'enveloppe étant supérieur à 0.12.

Description

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 étant du genre de ceux qui comportent une enveloppe extérieure cylindrique ou prismatique d'axe vertical, présentant une partie haute et une partie basse, cette enveloppe étant réalisée en une matière conductrice de la chaleur, notamment métallique, et comportant 1o 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, le silo comportant au moins une cheminée intérieure 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.
Un silo de ce genre est montré par les documents BE 521 214 A ou FR 1 444 136 A.
L'invention concerne plus particulièrement mais non exclusivement, un tel silo pour le stockage de boues séchées de stations d'épuration d'eaux 2o 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.

2 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 séchés, contenant des matières organiques, en particulier pour le stockage de boues séchées de stations d'épuration d'eaux résiduaires, produits pour 1o lesquels apparaissent des phénomènes d'auto-échauffement, le silo étant du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que le rapport d/D du diamètre extérieur d de la cheminée au diamètre extérieur D de l'enveloppe est supérieur à 0.12 .
Selon un autre aspect de l'invention, un silo pour le stockage de produits en vrac séchés, 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 étant du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la cheminée d est supérieur à(D-4Rc) D étant le diamètre extérieur de l'enveloppe et Rc le rayon critique des produits à stocker dans le silo.
Selon encore un autre aspect de l'invention, un silo pour le stockage de produits en vrac séchés, 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 étant du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que la cheminée se trouve dans une position excentrée par rapport à l'enveloppe, l'excentricité
de la cheminée étant égale à la moitié de son diamètre extérieur, le rayon critique Rc étant égal ou supérieur à D/4 ( Rc D/4), D étant le diamètre 3o extérieur de l'enveloppe.
Avantageusement, l'enveloppe 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 empêchant toute entrée de produit dans ladite cheminée intérieure.
Le moyen de support de la cheminée intérieure peut être prévu pour permettre l'évacuation des eaux pluviales et la circulation de l'air.

3 Le moyen de support peut comprendre des tubes soudés à la cheminée et débouchant dans cette cheminée, chaque tube 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.
Selon une réalisation avantageuse, le diamètre de l'enveloppe est au moins égal à trois mètres, la cheminée intérieure ayant un diamètre au moins égal à un mètre.
La cheminée intérieure peut être coaxiale à l'enveloppe extérieure.
1o Le silo peut comporter plusieurs cheminées intérieures d'axes parallèles.
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 :
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 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 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 lb. Des moyens de support de cette enveloppe 1 en position verticale sont prévus mais 3o 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.
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.

4 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.
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.1, la cheminée 5 est cylindrique de section 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 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 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.
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 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 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 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.

5 Dans le cas d'un silo cylindrique vertical, sans cheminée de diamètre 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 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 d'un silo classique de même diamètre extérieur.
Le diamètre extérieur de la cheminée d est calculé de telle manière que la contrainte de sûreté définie par le rayon Rc soit respectée :
D<_4Rc+d, soit d> D- 4 Rc.
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.
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 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 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 coaxiale reste préférée.

6 Il 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.
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 lo 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 :
- détecteur de CO
- évent d'explosion (avec détection de rupture) - unité de remplissage, unité de vidange - mesure de niveau - sondes de température - détection de niveau très haut - soupape de sécurité

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=1 m, cheminée 5 coaxiale au silo (Fig. 1) 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 n/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 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.
Valeur calculée pour H=10m et d=lm, 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.n/4 D/2 H(D2-dz). 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%
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.

Claims

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 cylindrique ou prismatique d'axe vertical, 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, le silo comportant 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, caractérisé en ce que le rapport d/D du diamètre extérieur d de la cheminée (5,5') au diamètre extérieur D de l'enveloppe est supérieur à 0.12 .

2. 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 cylindrique ou prismatique d'axe vertical, 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, le silo comportant au moins une cheminée intérieure (5, 5') coaxiale 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, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la cheminée d est supérieur à
(D-4R c) D étant le diamètre extérieur de l'enveloppe et R c le rayon critique des produits à stocker dans le silo.

3. 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 cylindrique ou prismatique d'axe vertical, 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, le silo comportant 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, caractérisé en ce que la cheminée (5') se trouve dans une position excentrée par rapport à l'enveloppe (1), l'excentricité de la cheminée (5') étant égale à la moitié de son diamètre extérieur (d/2), le rayon critique Rc étant égal ou supérieur à D/4 ( Rc >= D/4).

4. 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.

5. Silo selon le revendication 4, 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.

6. Silo selon le revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le moyen de support (B) comprend des tubes (6) soudés à la cheminée (5,5') et débouchant dans cette cheminée, chaque tube (6) traversant la paroi de l'enveloppe à
laquelle il est soudé et débouchant à l'extérieur.

7. Silo selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de support (B) comprend trois tubes (6) formant un trépied.

8. Silo selon l'une quelconque des revendications précédentes, 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.