CH681108A5 - - Google Patents

Description

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Description

La présente invention concerne un procédé pour sécher des matières organiques, notamment des matières végétales telles que des particules de bois, dans lequel on produit des gaz chauds dans une chambre de combustion, on met au moins une partie de ces gaz en contact avec les matières à sécher, de manière à former un mélange gazeux comprenant, en plus desdits gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, on sépare le mélange gazeux des matières à sécher, puis on recycle en continu au moins une partie de ce mélange gazeux par introduction dans la chambre de combustion, de façon à brûler lesdits hydrocarbures et à récupérer pour le séchage au moins une partie de la chaleur produite par leur combustion.

L'invention concerne également une installation de séchage de matières organiques pour la mise en œuvre de ce procédé, comportant au moins:

- un générateur de gaz pourvu d'un brûleur pour produire des gaz chauds,

- au moins une chambre de séchage traversée par un premier flux de gaz chauds,

- des moyens de chargement pour introduire les matières à sécher dans la chambre de séchage,

- des moyens d'extraction pour retirer de ladite chambre les matières séchées et un mélange gazeux contenant, en plus du premier flux de gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, etc.

- des moyens de recyclage en circuit fermé pour introduire au moins une partie dudit mélange gazeux dans le générateur de gaz de façon à brûler les hydrocarbures contenu dans ce mélange.

Dans les installations actuelles de ce genre, on fait passer le mélange gazeux issu de l'enceinte de séchage à travers des filtres à gravier et des filtres électrostatiques, pour en retirer les particules solides grosses et petites, avant d'évacuer les gaz dans l'atmosphère. Toutefois ces filtres ne peuvent pas retenir les hydrocarbures gazeux qui sont généralement dégagés par distillation des matières organiques dans l'enceinte de séchage. En général, dans les installations de séchage de particules de bois, le mélange gazeux contient entre 80 et 140 mg d'hydrocarbures imbrûlés par kg de vapeur résultant du séchage, ce qui constitue une charge polluante pour l'atmosphère environnante. Si l'on voulait brûler ces hydrocarbures dans le mélange gazeux envoyé à une cheminée, cela nécessiterait des installations supplémentaires très coûteuses, devant traiter un gros débit de gaz.

Le brevet US N° 3 837 272 décrit une installation de séchage de produits alimentaires dans laquelle les gaz et vapeurs sortant d'un tambour de séchage sont recyclés de façon à être rebrûlés avant leur rejet dans l'atmosphère. Le circuit fermé de recyclage traverse d'abord un laveur de gaz, puis est divisé en deux branches dont l'une mène à l'entrée du tambour de séchage, tandis que l'autre mène le mélange gazeux à la chambre de combustion pour le rebrûler. Les gaz de combustion sont alors envoyés en partie à l'entrée du tambour et en partie à une cheminée pour être évacués. Ce système a l'avantage d'abaisser la température des gaz à l'entrée du tambour, ce qui ménage les matières à sécher, mais il gaspille de l'énergie parce que les gaz rejetés sont très chauds. '

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés, en fournissant un procédé et une installation capables de sécher des ■„

matières organiques avec ménagement, d'éliminer une grande partie des hydrocarbures dégagés par ces matières au cours du séchage, de récupérer la chaleur dégagée par leur combustion et d'abaisser la température des gaz rejetés dans l'atmosphère.

Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que les gaz chauds sortant de la chambre de combustion sont divisés en un premier flux de gaz utilisé en circuit fermé et en un second flux de gaz utilisé en circuit ouvert avant d'être évacué dans l'atmosphère, en ce que le premier flux de gaz est mis en contact avec les matières à sécher de manière à former ledit mélange gazeux qui est recyclé, et en ce que le second flux de gaz est utilisé pour réchauffer, dans au moins deux étages successifs d'échange de chaleur, le mélange gazeux du circuit fermé avant que ce mélange soit recyclé, puis les matières à sécher.

La récupération de la chaleur du second flux de gaz par échange de chaleur en plusieurs étages n'assure pas seulement un abaissement maximal de la température des gaz à évacuer et donc un excellent rendement énergétique, grâce à l'utilisation maximale de la chaleur dégagée par le combustible et par les hydrocarbures provenant des matières à sécher. Elle permet aussi une utilisation optimale de la chaleur récupérée, à différents niveaux de température. En particulier, les gaz peuvent céder de la chaleur aux matières végétales quand ils sont déjà partiellement refroidis, de façon à ménager ces matières, et ils peuvent ensuite être évacués à une température proche de la température des matières séchées.

Une installation de séchage de matières organiques avec récupération de la chaleur du flux de gaz à évacuer a déjà été prévue dans la publication DE-AS 1 198 741, mais sans rebrûlage des gaz recyclés. Ceux-ci sont mélangés à des gaz de combustion et divisés en deux flux passant respectivement dans des tambours de séchage successifs et dans des manteaux entourant les tambours. Ce système chauffe excessivement les manteaux des tambours,

contre lesquels les matières ont tendance à être rôties et à former des croûtes.

Dans une forme avantageuse du procédé selon l'invention, on recycle au moins une partie dudit mélange gazeux en la mélangeant aux gaz de combus-tion au-delà d'une sortie de la chambre de combustion.

Pour la mise en œuvre du procédé défini plus haut, une installation de séchage de matières orga- *

niques selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit ouvert évacuant en continu un second flux formé par une partie des gaz chauds issus dudit générateur, à travers au moins un échangeur de chaleur disposé dans le circuit fer5

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mé en amont du générateur de gaz ou de la chambre de séchage, pour réchauffer le premier flux de gaz avant qu'il soit recyclé dans ce générateur ou dans cette chambre.

Dans une forme de réalisation préférée, le circuit fermé comporte une bifurcation à partir de laquelle une première branche du circuit mène audit générateur et une seconde branche du circuit mène à un point du circuit fermé se trouvant en aval dudit générateur, et les deux branches du circuit fermé passent par des échangeurs de chaleur chauffés par le second flux de gaz et disposés en série dans le circuit. De préférence, l'une desdites branches du circuit fermé est pourvue d'un organe de réglage de débit qui peut être un ventilateur à vitesse variable.

Dans une forme de réalisation avantageuse, la chambre de séchage contient des tubes de réchauffage parcourus par le second flux de gaz et disposés, dans le circuit ouvert, en série entre les échangeurs de chaleur et des moyens d'évacuation des gaz dans l'atmosphère.

Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira ci-dessous une forme de réalisation préférée, à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé, dans lequel:

la fig. 1 représente schématiquement une installation de séchage selon l'invention, et ia fig. 2 est une vue en coupe transversale d'un tambour de séchage faisant partie de cette installation.

L'installation illustrée par la fig. 1 comporte un générateur de gaz chauds 1 pourvu d'un brûleur 2 et de deux sorties 3 et 4. La sortie 3 mène les gaz dans un circuit fermé comportant successivement une chambre de mélange 6, une chambre de séchage 7 au centre d'un tambour rotatif 8, un séparateur primaire 9, un ventilateur d'extraction 10, un séparateur secondaire 11 et un conduit de retour 12 aboutissant à un point de bifurcation 13. De là, une première branche 14 du circuit fermé traverse un premier échangeur de chaleur 15 et mène à une entrée latérale 16 du générateur de gaz 1. Une seconde branche 17 partant du point 13 traverse un second échangeur de chaleur 18 et un ventilateur de soutirage 19 et aboutit dans la chambre de mélange 6.

La seconde sortie 4 du générateur de gaz chauds 1 mène à un circuit ouvert comportant d'abord un conduit 21 qui traverse les échangeurs de chaleur 15 et 18 pour réchauffer les gaz du circuit fermé, et qui aboutit ensuite à un distributeur annulaire 22 à l'entrée d'un réchauffeur 23 du tambour 8. La sortie de ce réchauffeur est formée par un collecteur annulaire 24 à partir duquel le circuit passe dans un ventilateur d'évacuation 25 pour aboutir, par exemple, à une cheminée 26 pouvant être précédée d'un ensemble de filtres 27. Une vanne 28 interposée sur le conduit 21 permet, sur commande, de décharger les gaz du circuit ouvert dans un conduit de rejet 29 en cas de nécessité, par exemple pendant des régimes transitoires ou en cas de panne du ventilateur 25. Une vanne de décharge

30 joue le même rôle sur le conduit 12 du circuit fermé et peut décharger des gaz dans un conduit de rejet 31.

Dans cet exemple, les matières à sécher sont des particules de bois, du genre utilisé pour la fabrication de panneaux de particules ou dans l'industrie papetière. Elles sont introduites dans la chambre de séchage 7 d'une manière habituelle dans ce genre d'installation, par exemple au moyen d'un doseur à vis 32 les poussant sur un guide incliné 33 disposé dans une entrée axiale 34 par où passent aussi les gaz chauds entrant dans la chambre 7. C'est aussi de manière traditionnelle que les matières séchées sont emportées du tambour avec les gaz aspirés par le ventilateur 10, à travers une conduite 35 pouvant contenir par exemple un convoyeur à vis, et sont séparées des gaz dans les séparateurs 9 et 11, d'où elles sont reprises par des extracteurs respectifs 36 et 37 les délivrant à un convoyeur 38 pour les évacuer comme l'indiquent les flèches.

La construction du générateur de gaz chauds 1 peut se présenter sous différentes formes capables de fournir un premier flux 41 et un second flux 42 de gaz chauds. Selon la construction du générateur et selon ses conditions de fonctionnement, les gaz des deux flux 41 et 42 peuvent avoir des compositions et des températures respectives différentes. Eventuellement, ils pourraient même être produits par des générateurs distincts.

Dans le cas présent, le générateur 1 comporte une chambre de combustion 43, dans laquelle le brûleur 2 débouche dans un tube guide-flamme 44 et produit une flamme 45, et une chambre de post-combustion 46 séparée de la chambre 43 par un étranglement 47 agencé pour créer une forte turbulence dans les gaz.

La fig. 2 montre plus en détail la structure du tambour de séchage 8 et en particulier de sa chambre de séchage 7, dans laquelle les matières à sécher 48 avancent lentement sous l'effet du courant gazeux longitudinal qui pousse les particules de matières quand elles retombent après avoir été soulevées par la rotation du tambour dans le sens de la flèche. Le réchauffeur est formé par une série de tubes parallèles longitudinaux 23 allant du distributeur 22 au collecteur 24 à travers la chambre 7 et traversés par les gaz provenant du conduit 21. Ces tubes sont à distance de la paroi métallique cylindrique 51 de la chambre 7 et ils sont supportés, comme elle, par des anneaux de support 52 roulant sur des galets non représentés. Les gaz et les matières 48 sont ainsi en contact avec les tubes de réchauffage 23 qui constituent un troisième étage d'échange de chaleur après les échangeurs 15 et 18.

L'installation décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante, en régime continu. Les matières à sécher peuvent être introduites en continu ou par intermittence dans la chambre de séchage 7 où elles sont séchées par contact avec les gaz et avec les tubes de réchauffage 23 pendant qu'elles sont brassées par la rotation du tambour 8. Il en sort un mélange gazeux contenant, en plus des gaz introduits dans le tambour, la vapeur d'eau résultant du séchage, ainsi que des hydrocarbures volatils extraits des matières végétales par distillation et for5

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mant ce que l'on appelle généralement les «gaz bleus». Ce mélange gazeux emporte aussi des poussières pouvant provenir de la combustion et du séchage. Au lieu de rejeter ce mélange dans l'atmosphère après filtration, on le recycle dans l'installation, en général dans sa totalité, afin de brûler le plus possible les hydrocarbures et les poussières qu'il contient, tout en récupérant pour le séchage la chaleur ainsi produite.

A partir de la bifurcation 13, une première partie du mélange gazeux recyclé passe par la conduite 14 et l'échangeur 15, où elle est réchauffée à contre-courant par les gaz chauds 42 sortant de la chambre de post-combustion 46, puis elle est introduite dans la chambre de combustion 43, où elle est réchauffée par contact avec le guide-flamme 44 et par le rayonnement de la flamme 45 avant de se mélanger aux gaz de combustion, notamment grâce à l'effet de l'étranglement 47. Grâce à ce mélange intime, pratiquement toutes les substances organiques, aussi bien solides que gazeuses, se trouvant dans la chambre de post-combustion 46 sont portées à une température assez élevée et assez longtemps pour brûler, si bien que les gaz évacués par la cheminée 26, après filtration, contiennent une charge polluante très réduite. De plus, la chaleur produite par cette combustion supplémentaire est récupérée dans l'installation par réchauffage en plusieurs étages successifs, au moyen des échangeurs 15 et 18 et des tubes 23 du tambour 8.

La seconde partie du mélange gazeux recyclé par la conduite 12 est aspirée dans la conduite 17 par le ventilateur 19, de façon à être réchauffée à contre-courant dans l'échangeur 18 et injectée dans la chambre 6 où elle se mélange au premier flux de gaz chauds 41. On récupère ainsi une fraction de l'énergie contenue dans le second flux de gaz chaud 42, pour la réinjecter dans le premier flux. Grâce à un réglage continu du débit du ventilateur 19, on peut régler la répartition du mélange gazeux recyclé entre les conduites 14 et 17 et modifier de cette façon les débits et les températures des deux flux de gaz chauds, et surtout on ajuste, à la température voulue pour le séchage, le mélange de gaz chauds délivré par la chambre 6. En outre, en agissant sur la vitesse du ventilateur d'évacuation 25, on peut modifier la répartition des débits entre le circuit fermé et le circuit ouvert.

Grâce au procédé et à l'installation que l'on vient de décrire, il est possible de réduire à des valeurs extrêmement faibles les quantités de produits polluants rejetés dans l'atmosphère, par kg de vapeur d'eau retirée des matières à sécher. Les substances gazeuses ou solides dégagées par le processus de séchage sont brûlées d'une manière très complète, en particulier les hydrocarbures. Des essais comparatifs ont montré que les teneurs en hydrocarbures dans les gaz rejetés peuvent être réduites d'un facteur allant jusqu'à 30. La combustion permet aussi d'éliminer presque totalement les odeurs provenant des matières, par exemple quand on sèche du marc de café. Enfin, le bilan énergétique est sensiblement amélioré par rapport à celui d'une installation classique, d'une part grâce à la combustion plus complète et d'autre part grâce à

une récupération maximale de la chaleur par réchauffage en plusieurs étages au sein de l'installation de séchage, de sorte que les gaz évacués ont une température aussi basse que possible.

Claims (1)

1. Revendications

   1. Procédé pour sécher des matières organiques, notamment des matières végétales telles que des particules de bois, dans lequel on produit des gaz chauds dans une chambre de combustion, on met au moins une partie de ces gaz en contact avec les matières à sécher, de manière à former un mélange gazeux comprenant, en plus desdits gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, on sépare le mélange gazeux des matières à sécher, puis on recycle en continu au moins une partie de ce mélange gazeux par introduction dans la chambre de combustion, de façon à brûler lesdits hydrocarbures et à récupérer pour le séchage au moins une partie de la chaleur produite par leur combustion, caractérisé en ce que les gaz chauds sortant de la chambre de combustion (43) sont divisés en un premier flux de gaz (41) utilisé en circuit fermé et en un second flux de gaz (42) utilisé en circuit ouvert avant d'être évacué dans l'atmosphère, en ce que le premier flux de gaz (41) est mis en contact avec les matières à sécher de manière à former ledit mélange gazeux (R) qui est recyclé, et en ce que le second flux de gaz (42) est utilisé pour réchauffer, dans au moins deux étages successifs d'échange de chaleur (15,18, 23), le mélange gazeux (R) du circuit fermé avant que ce mélange soit recyclé, puis les matières à sécher.

   2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recycle au moins une partie dudit mélange gazeux (R) en la mélangeant aux gaz de combustion au-delà d'une sortie (3) de la chambre de combustion (43).

   3. Installation de séchage de matières organiques pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comportant au moins:

   - un générateur de gaz (1) pourvu d'un brûleur (2) pour produire des gaz chauds,

   - au moins une chambre de séchage (7) traversée par un premier flux de gaz chauds (41)

   - des moyens de chargement (32, 33) pour introduire les matières à sécher dans la chambre de séchage,

   - des moyens d'extraction (9 à 11,35) pour retirer de ladite chambre les matières séchées et un mélange gazeux (R) contenant, en plus du premier flux de gaz chauds, de la vapeur d'eau et des hydrocarbures provenant des matières à sécher, et

   - des moyens (12,19) de recyclage en circuit fermé pour introduire en continu au moins une partie dudit mélange gazeux (R) dans le générateur de gaz de façon à brûler les hydrocarbures contenu dans ce mélange, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit ouvert (21 à 27) évacuant en continu un second flux (42) formé par une partie des gaz chauds issus dudit générateur (1), à travers au moins un échangeur de chaleur (15, 18) disposé dans le circuit fermé en amont du générateur de gaz (1) ou de la chambre de séchage (7), pour réchauffer le premier

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   4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit fermé comporte une bifurcation (13) à partir de laquelle une première branche (14) du circuit mène audit générateur (1) et une seconde branche (17) du circuit mène à un point (6) du circuit fermé se trouvant en aval dudit générateur, et en ce que les deux branches (14, 17) du circuit fermé passent par des échangeurs de chaleur (15, 18) chauffés par le second flux de gaz (42) et disposés en série dans le circuit ouvert.

   5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'une desdites branches du circuit fermé est pourvue d'un organe de réglage de débit (19).

   6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe de réglage de débit (19) est un ventilateur à vitesse variable.

   7. Installation selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la chambre de séchage (7) contient des tubes de réchauffage (23) parcourus par le second flux de gaz (42) et disposés, dans le circuit ouvert, en série entre les échangeurs de chaleur (15,18) et des moyens (25-27) d'évacuation des gaz dans l'atmosphère.

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