LES CRITÈRES D’UN TRAITEMENT DES BOUES
Le traitement thermique des boues doit tenir compte des aspects suivants :
- — réduction maximale du volume des résidus destinés à la décharge et bonne neutralisation ;
- — utilisation optimale du pouvoir calorifique de la matière organique ;
- — minimisation du volume des fumées ;
- — postcombustion à haute température, sans apport de carburant.
Il existe évidemment bien d’autres critères auxquels doit répondre un traitement thermique optimal des boues, mais ces quatre exigences sont, sans aucun doute, les plus importantes à prendre en compte dans l’optimisation des procédés.
Réduction du volume
Tout traitement thermique des boues entraîne une réduction considérable de leur volume, qu’il est encore possible d’améliorer par le compactage ou même la fusion des cendres ; cette dernière solution, toutefois, ne saurait être envisagée sérieusement que lorsque les cendres présentent une forte toxicité.
[Photo : Diagramme de l’unité d’incinération des boues construite à Berlin.]
Récupération d’énergie
La comparaison entre les unités d’incinération des boues construites il y a une quinzaine d’années et les installations modernes montre que la plupart d’entre elles ne disposaient que d’un système de réchauffage de l’air ; aujourd’hui, par contre, l’énergie contenue dans les fumées est récupérée pour le préchauffage de l’air de combustion et la production de vapeur.
Nous avons appliqué cette technologie dans la réalisation de l’une des plus grandes unités d’incinération des boues en Europe, effectuée pour le compte de la société « Berliner Entwässerungswerke ».
Le cœur de l’installation est constitué par trois fours à lit fluidisé d’un débit unitaire de 1 100 tonnes/jour (figure 1).
La chaleur dégagée par la combustion est utilisée dans des chaudières de récupération pour la production de 3 × 10 t/h de vapeur à haute pression. Les turbines aval entraînent des compresseurs : l’air comprimé ainsi obtenu alimente les bactéries en oxygène dans les bassins d’activation.
Il existe d’autres solutions de récupération de l’énergie, telles la production d’eau chaude en aval de la chaudière ou le réchauffage de l’eau d’alimentation des chaudières (si l’on se sert d’une turbine à condensation). Une autre méthode d’optimisation du procédé consiste à présécher et/ou à sécher les boues. Une fois que l’auto-entretien de la combustion est assuré, les limites d’optimisation du procédé d’incinération sur lit fluidisé sont atteintes (figure 2).
[Photo : Incinération des boues à Berlin (surface de grille : 25 m²). Les effets du séchage.]
Cette comparaison montre qu’un séchage poussé jusqu’à l’autocombustibilité améliore de 20 à 30 % la capacité d’une unité existante avec, comme conséquences :
— la suppression du carburant d’appoint,
— le maintien du volume des fumées à un niveau constant,
— une diminution du surplus de vapeur produite (puisque cette dernière sert au séchage).
Les effets positifs sont encore plus évidents dans des unités neuves puisque, dès la conception, le processus de séchage est intégré à l’installation. Ce genre d’unité fait appel au procédé dont les différentes phases sont représentées sur la figure 3.
[Photo : Diagramme du procédé de séchage suivi de l’incinération des boues]
Réduction du volume des fumées et hautes températures de postcombustion
Un séchage plus poussé contribue à réduire davantage le volume des fumées, mais les températures de combustion, trop élevées, peuvent provoquer très rapidement la formation de croûtes si l’incinération des boues a lieu suivant les procédés classiques actuels.
Pour éviter la fusion des cendres, il est possible de diminuer le volume de fumées en menant la combustion dans un lit fluidisé refroidi. Il y a toutefois un procédé qui permet de satisfaire aux deux exigences et qui agit suivant le processus suivant :
— séchage d’une grande partie de la boue, un taux de 70 à 90 % de matière sèche étant considéré comme idéal ;
— gazéification de la boue séchée avec adjonction d’air ;
— refroidissement du gaz dans un générateur de vapeur, suivi d’un dépoussiérage ;
— combustion du gaz épuré dans un brûleur à gaz à des températures égales ou supérieures à 1 100 °C.
[Photo : Diagramme du procédé d’incinération des boues en deux phases]
[Photo : Comparaison économique des procédés d’incinération des boues — 6 000 kg MS/h]
Les fumées étant pratiquement exemptes de poussières, la construction de la chaudière à vapeur est nettement simplifiée.
Les différentes étapes de ce procédé sont détaillées sur la figure 4.
La comparaison économique des résultats obtenus dans les trois procédés est donnée sur la figure 5.
Perfectionnements
Cette technique a été améliorée pour restreindre l’apport d’énergie extérieure et abaisser simultanément le taux des émissions secondaires telles que fines et métaux lourds.
Ce perfectionnement consiste à utiliser la chaleur perdue de la chaudière pour le séchage des boues décantées, préséchées par voie mécanique. On obtient une incinération efficace de la matière sèche dans un procédé à deux étages (gazéification suivie d’une combustion du gaz), ce qui réduit nettement le volume de gaz à épurer. Celui-ci possède d’ailleurs un pouvoir calorifique tel qu’il peut être facilement brûlé dans la chaudière. Les substances minérales polluantes se combinent alors aux résidus de gazéification, en supprimant à la source toute pollution atmosphérique.
Le développement de cette technologie s’appuie sur les connaissances étendues acquises lors de la construction des unités de gazéification du charbon dites de deuxième génération. Des unités capables de traiter 25 t/h de lignite et 25 t/h de tourbe ont déjà été réalisées. Ces enseignements ont été utilisés pour mettre en œuvre les procédés décrits dans le présent article.
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