WO2012090135A1 - Procede et installation de sechage de produits pateux, en particulier de boues de station d'epuration - Google Patents

Procede et installation de sechage de produits pateux, en particulier de boues de station d'epuration Download PDF

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WO2012090135A1
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Pierre Emmanuel Pardo
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    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Definitions

  • the invention relates to a process for drying pasty products, in particular sewage sludge, and / or waste.
  • Dryness is defined by the ratio: (mass of solids / mass of solids + mass of water). Such a dryness of 17% corresponds to sewage sludge that has already been dehydrated.
  • the sludge drying plant is useful for the multi-sector recovery of dried products:
  • the main brake to the use of drying is its very high energy consumption, mainly based on fossil energy.
  • the dryers may be of the indirect type, in which the sludge to be dried is separated by a wall of a coolant, and the heat for drying is transferred to the sludge through the heat conductive wall, or direct type, to which case the heat transfer fluid is directly in contact with the sludge, this fluid is generally a gas while, in the case of indirect dryers, the heat transfer fluid can be a liquid or a gas.
  • Dryers with pre-evaporation of the sludge of the type shown by patent EP 0 781 741, make it possible to reduce consumption to about 700.degree.
  • the energy consumption remains high.
  • the object of the invention is, above all, to provide a method for drying sludge resulting in lower energy consumption than known dryers and, preferably, also providing odor treatment.
  • the invention thus proposes to treat the problems of the driers known from a total point of view by using at best the heat of the steams to produce a main part of the heat necessary for drying the sludge.
  • a process for drying pasty products, in particular sludge for purification plant comprises steps according to which:
  • the pasty products are passed through an indirect type drier which supplies dried sludge on one outlet and, on another outlet, steams consisting of water vapor, incondensables and dust,
  • a filter in particular a bag filter, to retain the dust
  • the process according to the invention makes it possible to best use the heat of condensation of the fumes to dry other sludges.
  • the invention makes it possible to drastically reduce the total consumption of thermal drying by completely using the heat of evaporation of the sludge to dry new dehydrated sludge.
  • the dryness of the sludge at the outlet of the indirect type dryer may be greater than 80%. Such dryness output results in a significant presence of dust in the steam, but the method of the invention allows, despite the presence of solid dust, significantly reduce the energy consumption for drying.
  • Sludge drying in the indirect type drier can be total, that is to say corresponding to a dryness of at least 90% at the exit of the dryer, or partial, particularly corresponding to a dryness of about 60% at the exit of the dryer, followed by additional drying or not.
  • the fumes and incondensables originating from a condensate outlet of the dryer, are subjected to a relaxation through a valve.
  • cooling of the incondensables and vapors is ensured downstream of the expansion valve.
  • Incondensables leaving the cooling are advantageously burned to provide an energy supply while ensuring the elimination of odors.
  • the opening of the expansion valve can be regulated so that the flow rate of water recovered as a result of the water spray cooling is substantially equal to the flow of water spray for cooling.
  • an external steam supply of the dryer is provided.
  • a mixture of steam and steam is the coolant used in the indirect dryer.
  • the invention thus consists in combining:
  • incondensables namely volatile organic compounds (VOCs) present in the steam to provide a thermal supplement of the dryer and eliminate odors.
  • the invention also relates to a drying plant for pasty products, in particular sludge of purification plant comprising:
  • the heating of the steam leaving the dryer is ensured in a heat exchanger installed on a loop of hot gas from the boiler.
  • the installation advantageously comprises, at the condensate outlet of the dryer, a steam and incondensable vapor expansion valve.
  • a cooling unit of the incondensables and fumes from the expansion valve is provided, the cooling being advantageously provided by water spray.
  • the installation preferably comprises a boiler supplying the dryer with external water vapor.
  • the heater may be a heat exchanger that heats the steam from the dryer with water vapor from the boiler and circulating in a loop.
  • the installation may comprise a complementary dryer, direct or indirect, through which the sludge from the first dryer passes.
  • Fig. 1 is a diagram of an installation implementing the method of the invention, ensuring complete drying of the sludge in the indirect dryer, and
  • Fig. 2 is a diagram similar to that of FIG. 1 of an installation where the indirect dryer provides partial drying completed by a second dryer.
  • sludge to be dried is set in motion in a pipe 10 by a pump (not shown) and arrives in an indirect type dryer 1 1.
  • the sludge has generally undergone a first dehydration, and their dryness is greater than 17% so that the sludge is not sufficiently fluid to spread in the manner of a liquid.
  • the indirect dryer 1 1 used may be of the pallet, disk or thin-film type, or any other type in which a heat-transfer fluid, preferably water vapor, comes to heat a wall 1 1 a on one side. , while the sludge to be dried is located in a chamber 1 1 c on the other side of the wall, and separated from the heat transfer fluid.
  • a heat-transfer fluid preferably water vapor
  • the dryer 1 1 schematically represented has a space
  • the dryer 1 1 is a pallet dryer because it does not require recirculation of the sludge, and the sludge remains for a long time in a more pasty than dusty state.
  • the dust is present in larger quantities in the dryer. But regardless of the type of indirect dryer, dust is present in the steam, and are treated as exposed a little further.
  • the introduction of the sludge is preferably done by the pump (not shown) which feeds the pipe 10.
  • the extraction of sludge is done on a first outlet of the enclosure 1 1 c connected to a pipe 24.
  • the extraction is advantageously carried out by a screw (not shown) long enough to create a seal at the bottom of the dryer 1 1.
  • An indirect dryer of the vane type is adapted to such a seal.
  • the fumes are directed by line 20 to a heater 12 consisting of a heat exchanger 12a.
  • the hot fluid which passes through the exchanger 12a for the reheating of the steam, arrives via a pipe 22 and is constituted by water vapor from a boiler 18, and returning to it via a pipe 22a after having yielded heat in the exchanger 12.
  • the pipes 22 and 22a form a loop for the steam of the boiler.
  • the heat exchanger 12a is arranged so that the dust can not remain at low speeds and be deposited in the exchanger (for example vertical exchanger with flue gas tubes).
  • a filter 13 preferably a bag filter
  • the heating of the vapors by the exchanger 12a allows a better operation of the filter 13 and avoids the condensation of water in this filter.
  • the heating of the steam in the exchanger 12a may be of the order of 20 ° C between the inlet and the outlet.
  • the filter 13 stops most of the dust present in the steam leaving the dryer H.
  • the dedusting carried out in the filter 13 makes it possible to reduce the dust content to less than 10 mg / Nm 3 , thus protecting downstream equipment and preventing the deposit of dust in the pipes.
  • the amount of dust in the steam can vary greatly
  • the heating of the steam in the exchanger 12 allows:
  • the vapors thus heated and cleared of their dust are directed by a pipe 20b from the outlet of the filter 13 to the inlet of a compressor 14.
  • the compressed vapors exit the compressor 14 via the pipe 21 connected to the coolant inlet of the space 1 1 b of the dryer 1 1.
  • the elimination of dust by the filter 13 allows a satisfactory operation of the compressor 14 and the assembly of the pipe 21 and the space 1 1 b.
  • the vapors can be compressed at a pressure level of 1.1 to 15 bars absolute (ie from 0.1 to 14 bars relative), depending on the drying technology used, at the outlet of the compressor 14.
  • the vapors are compressed at 8 absolute bar (7 bar relative).
  • This compression induces an increase in the temperature of the steam and an increase in their condensation temperature.
  • the compressor 14 used may be screw type or, preferably, conjugated profiles, in particular called "roots”.
  • the boiler 18 produces steam on an outlet connected by a pipe 23 to the pipe 21. A mixture of compressed steam leaving the compressor 14, and water vapor from the boiler 18 is thus produced to form the heat transfer fluid of the dryer 1 1.
  • the regulation of the depression of the dryer 1 1 is an important element of the installation in order to:
  • the pressure in the space 1 1 b is detected by a sensor 1 1 e which sends the detected value to a controller (not shown) which compares this value to a reference and, depending on the result of the comparison, acts on the operation of the valve 16 to maintain the desired pressure, as well as the compressor to allow it to increase or decrease the pressure in the system.
  • the quantity of incondensables can be controlled below 15% by weight by the compressor 14 coupled to a regulation.
  • Regulation of the amount of heat supplied by the pipe 23 can be carried out according to the degree of dryness of the sludge leaving the pipe 24 so as to minimize the energy consumption provided by the boiler 18.
  • a heat demand management of the dryer 1 1 can be performed by a management center G, formed by a controller, according to information specific to the technology used.
  • This management center G informs the lack or energy surplus in relation to the needs of the dryer 1 1.
  • the management of the heat requirements of the dryer 1 1 can be ensured by the control of the temperature at the outlet of the dryer 1 1, at the outlet of the steam towards the pipe 20.
  • a sensor of temperature 20a on the fogging output sends a temperature value to the center G.
  • the management of the heat requirements of the dryer 1 1 can be ensured by the control of the dryness of the dried sludge which leaves via the pipe 24.
  • the management center G gives as information, at the output, the additional steam injection rate via the pipe 23 and controls the degree of opening of a valve 23a provided on the pipe 23.
  • the vapors arriving via line 21 may be diverted by a branch 21 provided with a valve 21b controlled by the center G, to an expansion valve 16 and a cooling unit 17 forming a condenser.
  • the water vapor condenses in contact with the inner wall 1 1 a colder, and condensates are formed in the lower part of the space 1 1 b which has an output for condensates connected to a pipe 15a.
  • the whole is shown very schematically in Fig .1.
  • the condensates are evacuated through an automatic trap 15 through line 15a.
  • the purger 15 removes only the liquid fraction of the condensates towards a discharge line. Incondensables will tend to concentrate in the dryer 1 1. To avoid such a concentration, a continuous purge of the vapor fraction and incondensables is ensured by means of the expansion valve 16 placed at the outlet of the dryer 1 1, bypass on the pipe 15a. A circulation of gas is thus created which will drive the incondensables from the dryer 1 1.
  • the fumes with incondensable from the space 1 1 b are sent, through the valve 16, in a cooling unit 17, advantageously formed by a washing tower 17a or "scrubber".
  • a cooling unit 17 advantageously formed by a washing tower 17a or "scrubber".
  • the cooling in the tower 17 is provided by a water spray 17b in the steam.
  • the water spray is collected in the lower part of the tower 17a with the condensed water vapor. Adding water helps control the temperature of the water to be sprayed. This water is discharged through line 25.
  • the opening of the expansion valve 16 is controlled by a controller J which can be confused with the controller G, to minimize the fraction of water vapor that escapes from the circuit.
  • the pressure in the pipe 21 at the inlet of the dryer 1 1 can be taken into account to control the opening of the valve 16. If the pressure at the inlet of the dryer 1 1 increases, the degree of opening of the valve 16 is increased, and vice versa.
  • control of the opening of the valve 16 can be carried out by measuring the saturation vapor pressure at the outlet of the dryer connected to the pipe 15a.
  • the regulation of the opening of the valve 16 can be done as a function of the flow of purge water in the pipe 25, measured by a flowmeter 25a.
  • the measured value is supplied to the controller J, which controls the degree of opening of the valve 16.
  • the flow rate in line 25 should be slightly greater than the flow of spray addition water at 17b. If the flow rate at 25 is higher, it means that there is a loss of water vapor and therefore energy, and the degree of closure of the valve 16 is increased. If the flow rate at 25 is too low, the degree of opening of the valve 16 is increased, to avoid the accumulation of incondensables in the dryer.
  • the incondensables remaining at the outlet of the cooling unit 17 are sent via a pipe 26 as a make-up combustion gas to a burner of the boiler 18 for producing steam.
  • These incondensables, composed of organic materials, are burned in the boiler 18 and participate in the production of steam required.
  • the consumption of gaseous or liquid fuel supplied to the boiler 18 by a feed pipe 18a is thus reduced.
  • An accumulator balloon (not shown) is advantageously provided to make it possible to manage the fluctuations between the need to treat the incondensables of the drying, which arrive via line 26, and the need for vapors of dryer 1 1.
  • a sludge pumped at 10 has the following characteristics:
  • the vapors have the following composition:
  • the steam is heated up to 130 ° C in the heater 12.
  • the vapors are compressed up to 8 bar absolute, at a temperature of 180 ° C.
  • the purge of the dryer is 15 kg / h consisting of a mixture of 7.8 kg / h of air and 7.18 kg / h of water vapor and 0.02 kg / h of VOC (volatile organic compounds) at a temperature of 180 ° C.
  • the heat requirement for sludge drying is 74 kWh.
  • the thermal consumption of the steam heating is: 2 kWh
  • the power consumption of the compressor is 4 kWhe (kWh electric)
  • the need for steam supply is 24 kg / h or 16 kWh.
  • the thermal input of the dryer VOCs is ⁇ 1 kWh.
  • the overall thermal consumption (boiler efficiency included) is 21 kWh or 215 kWh / TEE.
  • a variant of the drying installation comprising two drying stages consisting respectively of a first indirect type dryer 1 1 and a second dryer 31 which can be direct or indirect type, fatal heat, that is, a heat having a relatively low temperature level and which is generally lost.
  • the drying carried out in the first indirect type dryer 1 1 is a partial drying, that is to say that the dried sludge leaving the pipe 24 has a degree of dryness of the order of 60%, up to 70-85%.
  • the partially dried sludge exiting through line 24 is directed to an apparatus 30 for conditioning in the form of calibrated slugs or mud cords generally referred to as "sludge pellets", the apparatus being commonly referred to as a "pelletizer”.
  • the amount of water to be evaporated to go from 20% dryness to 80% dryness is 750 kg.
  • the amount of water to evaporate from 80% dryness to 90% dryness is 28 kg.
  • the invention makes it possible to drastically reduce the total consumption of the thermal drying, on the one hand, by completely using the heat of evaporation of the sludge to dry new dehydrated sludge and, on the other hand, on the other hand, using odorous and energetic compounds as energy supplements, while eliminating the risk of spreading odors.

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Abstract

Procédé de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de station d'épuration, comportant des étapes selon lesquelles : on fait passer les produits pâteux dans un sécheur (11) de type indirect qui fournit sur une sortie (24) des boues séchées et, sur une autre sortie (20), des buées formées de vapeur d'eau, d'incondensables et de poussières; on récupère une partie de la chaleur de condensation des buées pour la transmettre aux boues à sécher dans le sécheur de type indirect; en outre on réchauffe (12) les buées provenant du sécheur de type indirect, on fait passer ces buées réchauffées à travers un filtre (13), en particulier un filtre à manches, pour retenir les poussières,et on comprime (14) les buées filtrées avant de les injecter dans le sécheur de type indirect pour leur condensation.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE SECHAGE DE PRODUITS PATEUX, PARTICULIER DE BOUES DE STATION D'EPURATION
L'invention est relative à un procédé de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de station d'épuration, et/ou de déchets.
Plus précisément, les produits pâteux concernés ont une siccité supérieure à 17 %. La siccité est définie par le rapport : (masse de matières solides / masse de matières solides + masse d'eau). Une telle siccité de 17% correspond à des boues de station d'épuration qui ont déjà été déshydratées.
Le séchage des boues de station d'épuration est utile pour la valorisation multi-filière des produits séchés :
- pour un stockage longue durée sans fermentation ;
- pour une valorisation agricole simple et acceptable par les populations sous forme d'un produit "hygiénique" ;
- pour une valorisation thermique intéressante.
Le frein principal à l'utilisation du séchage est sa consommation énergétique très forte, principalement à base d'énergie fossile.
De plus, le séchage des boues entraîne des productions d'odeurs, à travers des buées. Il convient donc de traiter ces odeurs.
Les sécheurs peuvent être de type indirect, selon lequel les boues à sécher sont séparées par une paroi d'un fluide caloporteur, et la chaleur pour le séchage est transmise aux boues à travers la paroi conductrice de la chaleur, ou de type direct, auquel cas le fluide caloporteur est directement en contact avec les boues, ce fluide étant généralement un gaz tandis que, dans le cas de sécheurs indirects, le fluide caloporteur peut être un liquide ou un gaz.
De nombreux sécheurs actuellement existants consomment une énergie d'environ 900-1 100 kWh/TEE (tonne d'eau évaporée) pour le séchage des boues.
Des sécheurs avec pré-évaporation des boues, du type montré par le brevet EP 0 781 741 , permettent de réduire les consommations à environ 700-
800 kWh/TEE. Cette consommation énergétique est optimisée par rapport aux sécheurs classiques par une réutilisation d'une partie de l'énergie utilisée dans un premier étage de séchage, et injectée dans un deuxième étage de séchage. En sortie du premier étage de séchage, correspondant à la pré-évaporation, la siccité est d'environ 40-60 % et les conditions de température utilisées dans le sécheur du premier étage correspondent à environ 120°C.
La consommation d'énergie reste cependant élevée.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de séchage des boues entraînant une consommation d'énergie inférieure à celle des sécheurs connus et, de préférence, assurant également un traitement des odeurs.
L'invention ainsi se propose de traiter les problèmes des sécheurs connus d'un point de vue global en utilisant au mieux la chaleur des buées pour produire une partie principale de la chaleur nécessaire au séchage des boues.
Selon l'invention, un procédé de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de station d'épuration, comporte des étapes selon lesquelles :
- on fait passer les produits pâteux dans un sécheur de type indirect qui fournit sur une sortie des boues séchées et, sur une autre sortie, des buées formées de vapeur d'eau, d'incondensables et de poussières,
- on récupère une partie de la chaleur de condensation des buées pour la transmettre aux boues à sécher dans le sécheur de type indirect,
et est caractérisé en ce que :
- on réchauffe les buées provenant du sécheur de type indirect,
- on fait passer ces buées réchauffées à travers un filtre, en particulier un filtre à manches, pour retenir les poussières,
- et on comprime les buées filtrées avant de les injecter dans le sécheur de type indirect pour récupérer une partie de leur chaleur de condensation.
Le procédé selon l'invention permet d'utiliser au mieux la chaleur de condensation des buées pour sécher d'autres boues.
L'invention permet de diminuer de manière drastique la consommation totale du séchage thermique en utilisant complètement la chaleur d'évaporation des boues pour sécher de nouvelles boues déshydratées.
Ce résultat est obtenu malgré la présence de poussières dans les buées à la sortie du sécheur de type indirect.
La siccité des boues à la sortie du sécheur de type indirect peut être supérieure à 80 %. Une telle siccité en sortie entraîne une présence notable de poussières dans les buées, mais le procédé de l'invention permet, malgré cette présence de poussières solides, de réduire sensiblement la consommation d'énergie pour le séchage.
Le séchage des boues dans le sécheur de type indirect peut être total, c'est-à-dire correspondant à une siccité d'au moins 90 % en sortie du sécheur, ou partiel, en particulier correspondant à une siccité d'environ 60 % à la sortie du sécheur, suivi d'un séchage complémentaire ou non.
Avantageusement, les buées et les incondensables, provenant d'une sortie de condensais du sécheur, sont soumis à une détente à travers une vanne.
De préférence, on assure un refroidissement des incondensables et des buées, en particulier par pulvérisation d'eau, en aval de la vanne de détente.
Les incondensables sortant du refroidissement sont avantageusement brûlés pour constituer un apport d'énergie tout en assurant l'élimination des odeurs.
L'ouverture de la vanne de détente peut être régulée de manière que le débit d'eau récupéré par suite du refroidissement par pulvérisation d'eau soit sensiblement égal au débit d'eau pulvérisée pour le refroidissement.
De préférence, on assure une alimentation en vapeur d'eau externe du sécheur. Ainsi, un mélange de buées et de vapeur constitue le fluide caloporteur utilisé dans le sécheur indirect.
L'invention consiste ainsi à combiner :
- le séchage indirect avec une compression mécanique des buées provenant du sécheur,
- l'utilisation des incondensables, à savoir composés organiques volatils (COV) présents dans les buées pour assurer un appoint thermique du sécheur et éliminer les odeurs.
L'invention est également relative à une installation de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de station d'épuration comprenant :
- un sécheur de type indirect qui donne, sur une sortie, des boues séchées et, sur une autre sortie, des buées formées de vapeur d'eau, d'incondensables et de poussières,
- un circuit de prélèvement des buées sortant du sécheur pour les introduire dans le circuit de fluide caloporteur du sécheur indirect et récupérer une partie de la chaleur de condensation des buées,
caractérisée en ce qu'elle comporte :
- un réchauffeur disposé sur le circuit des buées sortant du sécheur,
- un filtre, en particulier à manches, traversé par les buées sortant du réchauffeur,
- et un compresseur des buées filtrées, délivrant en aval les buées comprimées injectées dans le sécheur.
Le réchauffage des buées sortant du sécheur est assuré dans un échangeur de chaleur installé sur une boucle de gaz chauds provenant de la chaudière.
L'installation comporte avantageusement, en sortie de condensât du sécheur, une vanne de détente des buées et incondensables. De préférence, une unité de refroidissement des incondensables et des buées provenant de la vanne de détente est prévue, le refroidissement étant avantageusement assuré par pulvérisation d'eau.
L'installation comprend de préférence une chaudière assurant une alimentation du sécheur en vapeur d'eau externe. Le réchauffeur peut être constitué par un échangeur de chaleur qui réchauffe les buées provenant du sécheur par de la vapeur d'eau provenant de la chaudière et circulant en boucle.
Dans le cas où les boues sortant du sécheur de type indirect ne sont séchées que partiellement, l'installation peut comporter un sécheur complémentaire, direct ou indirect, traversé par les boues provenant du premier sécheur.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
Fig. 1 est un schéma d'une installation mettant en œuvre le procédé de l'invention, en assurant un séchage complet des boues dans le sécheur indirect, et
Fig. 2 est un schéma semblable à celui de Fig. 1 d'une installation où le sécheur indirect assure un séchage partiel complété par un deuxième sécheur.
En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir une installation mettant en œuvre le procédé de l'invention. Les boues à sécher sont mises en mouvement dans une conduite 10 par une pompe (non représentée) et arrivent dans un sécheur de type indirect 1 1 . Les boues ont généralement subi une première déshydratation, et leur siccité est supérieure à 17 % de sorte que ces boues ne sont pas suffisamment fluides pour s'étaler à la manière d'un liquide.
Le sécheur indirect 1 1 utilisé peut être de type à palettes, à disques ou à couches minces, ou tout autre type dans lequel un fluide caloporteur, de préférence de la vapeur d'eau, vient chauffer d'un côté une paroi 1 1 a, alors que la boue à sécher est située dans une enceinte 1 1 c de l'autre côté de la paroi, et séparée du fluide caloporteur.
Le sécheur 1 1 schématiquement représenté comporte un espace
1 1 b entourant la paroi interne 1 1 a qui délimite l'enceinte interne 1 1 c. Les boues sont introduites dans l'enceinte interne 1 1 c séparée de l'espace 1 1 b dans lequel le fluide caloporteur entre par une conduite 21 . La chaleur du fluide caloporteur est transmise aux boues à travers la paroi 1 1 a.
De préférence, le sécheur 1 1 est un sécheur à palettes car ne nécessitant pas de recirculation des boues, et la boue reste longtemps dans un état plus pâteux que poussiéreux. Dans le cas d'un sécheur avec une recirculation des boues importante pour éviter de passer par une phase plastique, les poussières sont présentes en plus grandes quantités dans le sécheur. Mais quel que soit le type de sécheur indirect, des poussières sont présentes dans les buées, et sont traitées comme exposé un peu plus loin.
Une attention particulière est portée à l'étanchéité du sécheur afin de ne pas importer d'air dans le système. Pour cela, l'introduction des boues se fait préférentiellement par la pompe (non représentée) qui alimente la conduite 10. L'extraction des boues se fait sur une première sortie de l'enceinte 1 1 c reliée à une conduite 24. L'extraction est avantageusement effectuée par une vis (non représentée) suffisamment longue pour créer une étanchéité en partie basse du sécheur 1 1 . Un sécheur indirect du type à palettes est adapté à une telle étanchéité.
Les buées qui s'échappent des boues en cours de séchage sont récupérées sur une autre sortie de l'enceinte 1 1 c reliée à une conduite 20. Ces buées sont formées :
- essentiellement de vapeur d'eau qui se situe proche de la saturation à la pression atmosphérique,
- en partie d'incondensables qui proviennent :
des entrées d'air dans le sécheur,
des composés organiques volatils produits par le chauffage de la boue,
- et par des poussières provoquées par le processus de séchage.
Les buées sont dirigées par la conduite 20 vers un réchauffeur 12 constitué d'un échangeur de chaleur 12a. Le fluide chaud, qui traverse l'échangeur 12a pour le réchauffage des buées, arrive par une conduite 22 et est constitué par de la vapeur d'eau provenant d'une chaudière 18, et y retournant par une conduite 22a après avoir cédé de la chaleur dans l'échangeur 12. Les conduites 22 et 22a forment une boucle pour la vapeur de la chaudière. L'échangeur de chaleur 12a est disposé de manière à ce que les poussières ne puissent pas rester à des vitesses faibles et se déposer dans l'échangeur (par exemple échangeur vertical à tubes de fumées).
Les buées réchauffées sortent de l'échangeur 12a par une conduite
20a et sont dirigées vers un filtre 13, de préférence un filtre à manches, qu'elles traversent.
Le réchauffage des buées par l'échangeur 12a permet un meilleur fonctionnement du filtre 13 et évite la condensation d'eau dans ce filtre. Le réchauffage des buées dans l'échangeur 12a peut être de l'ordre de 20°C entre l'entrée et la sortie.
Le filtre 13 arrête la majeure partie des poussières présentes dans les buées sorties du sécheur H . Le dépoussiérage effectué dans le filtre 13 permet de réduire la teneur en poussières à moins de 10 mg/Nm3, et de protéger ainsi les équipements en aval et d'éviter le dépôt de poussières dans les conduites. En fonction du type de séchage réalisé dans le sécheur 1 1 , séchage total ou séchage partiel, la quantité de poussières se trouvant dans les buées peut varier fortement
Le réchauffage des buées dans l'échangeur 12 permet :
- d'une part, de s'éloigner de la zone de condensation des buées,
- d'autre part, d'augmenter leur potentiel énergétique.
Les buées ainsi réchauffées et débarrassées de leurs poussières sont dirigées par une conduite 20b de la sortie du filtre 13 à l'entrée d'un compresseur 14. Les buées comprimées sortent du compresseur 14 par la conduite 21 reliée à l'entrée de fluide caloporteur de l'espace 1 1 b du sécheur 1 1 . L'élimination des poussières par le filtre 13 permet un fonctionnement satisfaisant du compresseur 14 et de l'ensemble de la conduite 21 et de l'espace 1 1 b.
Les buées peuvent être comprimées à un niveau de pression de 1 ,1 à 15 bars absolus (soit de 0,1 à 14 bars relatifs) en fonction de la technologie de séchage utilisée, en sortie du compresseur 14. De préférence, les buées sont comprimées à 8 bars absolus (7 bars relatifs).
Cette compression induit une augmentation de la température des buées et une augmentation de leur température de condensation.
Le compresseur 14 utilisé peut être du type à vis ou, de préférence, à profils conjugués, notamment appelés "roots".
La chaudière 18 produit de la vapeur d'eau sur une sortie reliée par une conduite 23 à la conduite 21 . Un mélange de buées comprimées, sortant du compresseur 14, et de vapeur d'eau provenant de la chaudière 18 est ainsi réalisé pour constituer le fluide caloporteur du sécheur 1 1 .
La régulation de la mise en dépression du sécheur 1 1 est un élément important de l'installation afin :
- d'une part, de minimiser la quantité d'air qui entre dans le sécheur, en minimisant une dépression éventuelle par rapport à l'atmosphère ;
- d'autre part, d'éviter des fuites de gaz sources d'odeurs dans l'atmosphère en minimisant une surpression éventuelle. Cette régulation est assurée en régulant le fonctionnement du compresseur 14 qui :
- gère la mise en dépression du sécheur 1 1 relié par les conduites 20, 20a, 20b à l'aspiration du compresseur ;
- comprime les buées à une pression déterminée afin d'élever leur température de condensation.
La pression dans l'espace 1 1 b est détectée par un capteur 1 1 e qui envoie la valeur détectée sur un contrôleur (non représenté) lequel compare cette valeur à une référence et, selon le résultat de la comparaison, agit sur le fonctionnement de la vanne 16 pour maintenir la pression voulue, ainsi que du compresseur pour lui permettre d'augmenter ou de diminuer la pression dans le système.
Du fait de la forte température des buées, seule la fraction vapeur d'eau est condensée dans l'espace 1 1 b. Les composés organiques restent sous forme volatile.
La quantité d'incondensables peut être maîtrisée en dessous de 15 % en masse par le compresseur 14 couplé à une régulation.
Une régulation de la quantité de chaleur fournie par la conduite 23 peut être effectuée en fonction du degré de siccité des boues sortant par la conduite 24 de manière à minimiser la consommation d'énergie fournie par la chaudière 18.
Une gestion du besoin de chaleur du sécheur 1 1 peut être effectuée par un centre de gestion G, formé par un contrôleur, en fonction d'une information propre à la technologie utilisée. Ce centre de gestion G informe du manque ou du surplus énergétique par rapport aux besoins du sécheur 1 1 .
Dans le cadre d'un séchage total, la gestion des besoins en chaleur du sécheur 1 1 peut être assurée par le contrôle de la température en sortie du sécheur 1 1 , au niveau de la sortie des buées vers la conduite 20. Un capteur de température 20a sur la sortie des buées envoie une valeur de température au centre G.
Dans le cadre d'un séchage partiel, envisagé pour Fig.2, la gestion des besoins en chaleur du sécheur 1 1 peut être assurée par le contrôle de la siccité des boues séchées qui sortent par la conduite 24.
Le centre de gestion G donne comme information, en sortie, le débit d'injection de vapeur supplémentaire par la conduite 23 et commande le degré d'ouverture d'une vanne 23a prévue sur la conduite 23.
En cas de diminution du besoin de chaleur, les buées qui arrivent par la conduite 21 peuvent être détournées, par une branche 21 a munie d'une vanne 21 b commandée par le centre G, vers une vanne de détente 16 et une unité de refroidissement 17 formant condenseur.
Dans l'espace 1 1 b du sécheur 1 1 , la vapeur d'eau se condense au contact de la paroi interne 1 1 a plus froide, et des condensais se forment en partie basse de l'espace 1 1 b qui comporte une sortie pour condensais reliée à une conduite 15a. L'ensemble est représenté très schématiquement sur Fig .1 . Les condensais sont évacués au travers d'un purgeur automatique 15 par la conduite 15a.
Le purgeur 15 n'élimine que la fraction liquide des condensais, vers une conduite 25 d'évacuation. Les incondensables vont avoir tendance à se concentrer dans le sécheur 1 1 . Pour éviter une telle concentration, une purge continue de la fraction vapeur et des incondensables est assurée à l'aide de la vanne de détente 16 placée en sortie du sécheur 1 1 , en dérivation sur la conduite 15a. Une circulation de gaz est ainsi créée qui va chasser les incondensables du sécheur 1 1 .
Les buées avec incondensables provenant de l'espace 1 1 b sont envoyées, à travers la vanne 16, dans une unité de refroidissement 17, avantageusement formée par une tour de lavage 17a ou "scrubber". Dans cette unité, la température des buées est abaissée à moins de 90°C pour diminuer leur teneur en eau. Le refroidissement dans la tour 17 est assuré par une pulvérisation d'eau 17b dans les buées. L'eau pulvérisée est recueillie en partie basse de la tour 17a avec la vapeur d'eau condensée. Un ajout d'eau permet de maîtriser la température de l'eau à pulvériser. Cette eau est évacuée par la conduite 25.
L'ouverture de la vanne de détente 16 est contrôlée, par un contrôleur J qui peut être confondu avec le contrôleur G, pour minimiser la fraction de vapeurs d'eau qui s'échappe du circuit.
En particulier, la pression dans la conduite 21 à l'entrée du sécheur 1 1 peut être prise en compte pour contrôler l'ouverture de la vanne 16. Si la pression à l'entrée du sécheur 1 1 augmente, le degré d'ouverture de la vanne 16 est augmenté, et inversement.
Selon une autre disposition, pouvant être mise en œuvre seule ou en combinaison avec la précédente, le contrôle de l'ouverture de la vanne 16 peut être effectué en mesurant la pression de vapeur saturante à la sortie du sécheur reliée à la conduite 15a.
Selon une autre disposition, pouvant être mise en œuvre seule ou en combinaison avec au moins l'une des précédentes, la régulation de l'ouverture de la vanne 16 peut se faire en fonction du débit d'eau de purge dans la conduite 25, mesuré par un débitmètre 25a. La valeur mesurée est fournie au contrôleur J, qui commande le degré d'ouverture de la vanne 16.
Le débit dans la conduite 25 doit être faiblement supérieur au débit d'eau d'ajout de pulvérisation en 17b. Si le débit en 25 est plus élevé, cela signifie qu'il y a perte de vapeur d'eau et donc d'énergie, et le degré de fermeture de la vanne 16 est augmenté. Si le débit en 25 est trop faible, le degré d'ouverture de la vanne 16 est augmenté, pour éviter l'accumulation d'incondensables dans le sécheur.
Les incondensables restant en sortie de l'unité de refroidissement 17 sont envoyés par une conduite 26 comme gaz d'appoint de combustion à un brûleur de la chaudière 18 de production de vapeur. Ces incondensables, composés de matières organiques, sont brûlés dans la chaudière 18 et participent à la production de vapeur nécessaire. La consommation en combustible gazeux ou liquide fourni à la chaudière 18 par une conduite 18a d'alimentation est ainsi réduite.
La combustion des incondensables extraits par la conduite 26 élimine tout risque d'odeurs et supprime le besoin de traitement chimique de ces odeurs.
Un ballon accumulateur (non représenté) est avantageusement prévu pour permettre de gérer les fluctuations entre le besoin de traiter les incondensables du séchage, qui arrivent par la conduite 26, et le besoin en vapeurs du sécheur 1 1 .
Un exemple numérique de mise en œuvre du procédé est donné ci- après.
EXEMPLE :
Une boue pompée en 10 présente les caractéristiques suivantes :
20% de siccité ; 125 kg/h ; température 20°C. Le séchage de la boue est assuré jusqu' à une siccité de 90%.
En sortie du sécheur 1 1 , les buées ont la composition suivante :
o 97.2 kg/h de vapeur d'eau,
o 10.7 kg/h d'air
o 0.02 kg /h d'eq CH4 (équivalent CH4) sous forme de COV.
o des cendres
o température 105°C
Les buées sont réchauffées jusqu'à 130°C dans le réchauffeur 12. Les buées sont comprimées jusqu'à 8 bars absolus, à une température de 180°C. La purge du sécheur est de 15 kg/h constituée d'un mélange de 7.8 kg/h d'air et 7.18 kg/h de vapeur d'eau et de 0.02 kg/h de COV (composés organiques volatils) à une température de 180°C.
Besoin en énergie :
Le besoin en chaleur pour le séchage des boues est de 74 kWh.
La consommation thermique du réchauffage des buées est de : 2 kWh
La consommation électrique du compresseur est de 4 kWhe (kWh électrique) Le besoin en alimentation de vapeur est de 24 kg/h soit 16 kWh.
L'apport thermique des COV du sécheur est <1 kWh.
La consommation thermique globale (rendement chaudière comprise) est de 21 kWh soit 215 Kwh/TEE.
En se reportant à Fig. 2 des dessins, on peut voir une variante de l'installation de séchage comportant deux étages de séchage constitués respectivement par un premier sécheur de type indirect 1 1 et par un deuxième sécheur 31 qui peut être de type direct ou indirect, à chaleur fatale, c'est-à-dire une chaleur ayant un niveau de température relativement bas et qui est généralement perdue.
La majeure partie de l'installation reprend des éléments déjà décrits à propos de Fig. 1 , qui sont désignés par les mêmes références et dont la description ne sera pas reprise ou ne sera effectuée que succinctement.
Selon cette variante, le séchage réalisé dans le premier sécheur 1 1 de type indirect est un séchage partiel, c'est-à-dire que les boues séchées sortant par la conduite 24 présentent un degré de siccité de l'ordre de 60 %, pouvant aller jusqu'à 70-85 %.
L'efficacité de la partie de l'installation correspondant au schéma de Fig. 1 est améliorée par rapport à la solution impliquant un séchage total (siccité en sortie supérieure à 90 %) car :
- avec un séchage partiel en sortie du sécheur 1 1 , la quantité de poussières est plus faible et le traitement des buées est simplifié ;
- avec le séchage partiel, les coefficients de transfert thermique sont plus importants, la température et donc la pression de vapeur du séchage peuvent être réduites pour une même capacité évaporatoire. Les boues partiellement séchées sortant par la conduite 24 sont dirigées vers un appareil 30 prévu pour les conditionner sous forme de boudins ou cordons de boue calibrés généralement appelés "pellets de boue", l'appareil 30 étant communément désigné comme étant un "pelletiseur".
Ces cordons de boue ainsi calibrés sont ensuite dirigés vers le sécheur 31 de type direct ou indirect à chaleur fatale qui permet de sécher les boues de manière totale à une siccité supérieure à 90 %. Les boues ainsi obtenues peuvent donc avoir des qualités intrinsèques (densités, calibrage,...) facilement reproductibles
Les boues refroidies, ou non, sortent séchées au niveau de l'évacuation 26.
Un exemple de fonctionnement est donné ci-après.
Exemple de fonctionnement :
Pour 1000 kg de boue à 20% de siccité, la quantité d'eau à évaporer pour sécher les boues à 90% de siccité est de 778 kg.
La quantité d'eau à évaporer pour passer de 20% de siccité à 80% de siccité est de 750 kg.
La quantité d'eau à évaporer pour passer de 80% de siccité à 90% de siccité est de 28 kg.
Ainsi, le premier étage consommant 200 kWh/TEE et le deuxième étage consommant 1 000 kWh/TEE, la consommation globale du système est de 200 * 0.75 + 1000 * 0.028 = 178 kWh pour 778 kg d'eau, soit 230 kWh/TEE.
La surconsommation énergétique est très faible.
Cette variante, avec un premier séchage partiel, permet :
- de produire une boue mise en forme(« pelletisée ») en minimisant le traitement des buées ;
- une exploitation plus souple.
Quelle que soit la variante, l'invention permet de diminuer de manière drastique la consommation totale du séchage thermique, d'une part, en utilisant de manière totale la chaleur d'évaporation des boues pour sécher de nouvelles boues déshydratées et, d'autre part, en utilisant les composés odorants et énergétiques comme appoints d'énergie, tout en éliminant le risque de propagation d'odeurs.
Parmi les avantages du procédé de l'invention on peut citer : une consommation d'énergie de 150 à 250 kWh/TEE nettement inférieure à celle des procédés de l'état de la technique ;
un traitement des buées du séchage pour une suppression des odeurs et une utilisation thermique des buées.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de station 5 d'épuration, comportant des étapes selon lesquelles :
- on fait passer les produits pâteux dans un sécheur (1 1 ) de type indirect qui fournit sur une sortie (24) des boues séchées et, sur une autre sortie (20), des buées formées de vapeur d'eau, d'incondensables et de poussières,
- on récupère une partie de la chaleur de condensation des buées pour la o transmettre aux boues à sécher dans le sécheur de type indirect,
caractérisé en ce que :
- on réchauffe (12) les buées provenant du sécheur de type indirect,
- on fait passer ces buées réchauffées à travers un filtre (13), en particulier un filtre à manches, pour retenir les poussières,
5 - et on comprime (14) les buées filtrées avant de les injecter dans le sécheur de type indirect pour leur condensation.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la siccité des boues à la sortie du sécheur de type indirect (1 1 ) est supérieure à 80 %.
0
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le séchage des boues dans le sécheur de type indirect est total, correspondant à une siccité d'au moins 90 % en sortie du sécheur. 5
4. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le séchage des boues dans le sécheur de type indirect est partiel, en particulier correspondant à une siccité d'environ 60 % à la sortie du sécheur, suivi d'un séchage complémentaire. 0 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les buées et les incondensables provenant d'une sortie de condensais (15a) du sécheur sont soumis à une détente à travers une vanne (16).
5
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on assure refroidissement des incondensables et des buées, en particulier pulvérisation d'eau, en aval de la vanne de détente.
7. Procédé selon l'ensemble des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'ouverture de la vanne de détente (16) est régulée de manière que le débit d'eau récupéré par suite du refroidissement par pulvérisation d'eau soit sensiblement égal au débit d'eau injectée pour le refroidissement.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on assure une alimentation (23) en vapeur d'eau externe du sécheur (1 1 ), le fluide caloporteur utilisé dans le sécheur indirect étant constitué par un mélange de buées et de vapeur.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les incondensables sortant du refroidissement sont brûlés, pour constituer un apport d'énergie tout en assurant l'élimination des odeurs.
10. Installation de séchage de produits pâteux, en particulier de boues de station d'épuration, comprenant :
- un sécheur de type indirect (1 1 ) qui donne, sur une sortie, des boues séchées et, sur une autre sortie, des buées formées de vapeur d'eau, d'incondensables et de poussières,
- un circuit de prélèvement (20) des buées sortant du sécheur (1 1 ) pour les introduire dans le circuit (21 ) de fluide caloporteur du sécheur indirect et pour récupérer une partie de la chaleur de condensation des buées,
caractérisée en ce qu'elle comporte :
- un réchauffeur (12) disposé sur le circuit (20) des buées sortant du sécheur, - un filtre (13), en particulier à manches, traversé par les buées sortant du réchauffeur,
- et un compresseur (14) des buées filtrées, délivrant en aval les buées comprimées injectées dans le sécheur.
1 1 . Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte, en sortie de condensais (15a) du sécheur, une vanne de détente (16) des buées et incondensables.
12. Installation selon la revendication 10 ou 1 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte une unité (17) de refroidissement des incondensables et des buées provenant de la vanne de détente, le refroidissement étant avantageusement assuré par pulvérisation d'eau.
13. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte une chaudière (18) assurant une alimentation du sécheur (1 1 ) en vapeur d'eau externe. 14 Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que le réchauffeur (12) est constitué par un échangeur de chaleur (12a) pour réchauffer les buées provenant du sécheur par une fraction des gaz de combustion de la chaudière circulant en boucle (22,22a). 15. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte un sécheur de type indirect (1 1 ) qui assure un séchage partiel des boues et un sécheur complémentaire (31 ) pour le séchage total à au moins 90% de siccité.
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