Durable et innovante : sludge2energy GmbH construit une installation de monoincinération des boues d’épuration à Halle-Lochau

La société sludge2energy GmbH (S2E) construit à Halle-Lochau (région de Saxe-Anhalt en Allemagne) une installation d’incinération des boues d’épuration avec production d’énergie propre via une turbine à vapeur et un générateur. La monocombustion des boues d’épuration se base sur le procédé de sludge2energy dans un four à lit fluidisé stationnaire. La planification, l’installation et la mise en service de l’installation sont également assurées par S2E, une entreprise commune de HUBER SE et de WTE Wassertechnik GmbH, une filiale d’EVN AG. La mise en service à froid de l’installation a démarré mi-juillet 2021, la mise en service à chaud fin septembre.

La monocombustion des boues d’épuration à Halle-Lochau, Allemagne

En 2017, le choix du site s’est porté sur Halle-Lochau en Saxe-Anhalt

L’installation de traitement thermique des boues d’épuration est construite dans le parc de gestion des ressources et d’économie circulaire de Halle- Lochau. Celui-ci se trouve sur le site de la décharge de Halle-Lochau, dans le quartier de Döllnitz, dans la commune de Schkopau. L’installation se trouve sur un site bien relié aux principaux axes routiers entre Halle (Saale) et Leipzig et occupe une surface totale d’env. 5 000 m2.

En raison de sa proximité géographique avec le site, la société WTE Betriebsgesellschaft mbH (WTEB) de Hecklingen, une filiale de WTE Wassertechnik GmbH, prendra en charge la gestion technique de l’installation.

Valorisation de plus de 33 000 tonnes de boues d’épuration par an avec des technologies de pointe : Le concept d’installation technique

L’installation de combustion des boues d’épuration devrait être exploitée 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. La combustion est conçue de sorte qu’environ 33 000 tonnes de boues d’épuration déshydratées et 2 750 tonnes de boues séchées en externe pourront y être valorisées chaque année.

L’installation de valorisation thermique se compose des éléments suivants :

  • Réception du combustible avec grue de soute
  • Séchage avec traitement des vapeurs
  • Foyer et chaudière
  • Valorisation énergétique (turbine à vapeur à contre-pression)
  • Épuration des gaz de combustion
  • Cheminée avec mesure des émissions
  • Silos à cendres
Janvier 2021 : Le grand four à lit fluidisé et la chaufferie sont soulevés dans la structure métallique de l'usine à leur emplacement habituel à l'aide d'une grue de 400 tonnes

Pour le placement et le montage des différents groupes de combustion des boues d’épuration, les bâtiments suivants seront construits :

  • Zone de récupération des boues d’épuration : Bâtiment de soute (avec système de traitement de l’air d’évacuation des soutes)
  • Bâtiment de séchage (séchage, traitement des vapeurs)
  • Bâtiment d’installation (four à lit fluidisé, chaudière et épuration des gaz de combustion)
  • Bâtiment du personnel avec local basse tension (y compris un local de contrôle), local de courant secouru, d’air comprimé et de turbine

Le degré d’automatisation de l’installation joue un rôle décisif dans son fonctionnement : l’exploitation de l’installation de valorisation thermique est prévue pour un fonctionnement de 72 heures sans surveillance permanente. Les dispositifs d’automatisation complets garantissent une sécurité d’approvisionnement élevée de l’ensemble de l’installation. De plus, l’installation peut être surveillée en permanence grâce à un accès à distance utilisant les technologies les plus récentes.

Données principales et paramètres de l’installation :

Paramètre

Unité

Valeur

Disponibilité de l’installation

h/a

8 000

Nombre de lignes de combustion

-

1

Concept de séchage

-

Séchage intégral à flux partiel

Type de séchage

 

Séchage par bande

Type de combustion

-

Couche pseudo-liquide stationnaire

Valorisation énergétique

-

Chaudière à vapeur saturée

Production d’électricité

-

Turbine à vapeur à contre-pression

Capacité max. de boues d’épuration déshydratées (RS 25 %)

t/a

33 000

Capacité max. des boues d’épuration séchées en externe (RS 90 %)

t/a

2 750

Capacité max. des boues d’épuration déshydratées avant séchage (RS 25 %)

t/a

16 600

Évaporation d’eau en cours de séchage

t/h

1,50

Débit du four à lit fluidisé

t/h

< 3,0

Puissance calorifique du combustible de la ligne de combustion

MW

3,4

Valorisation énergétique – puissance du générateur

MW

0,34

Gaz de combustion

Nm³/h, humide

8 700

Cendre de boues d’épuration

t/a

4 300

Résidus issus de l’épuration des gaz de combustion (filtre à sorption)

t/a

650


 

Mars 2021 : L'impressionnant bâtiment de l'usine est en grande partie érigé
Avril 2021 : Le séchoir à bande HUBER BT, qui permet un fonctionnement quasiment sans eaux usées, a été installé

Conviviale et efficace : la logistique des boues d’épuration

Les boues d’épuration communales déshydratées sont livrées par camion et pesées sur un pont-bascule présent sur le site. La boue humide est déversée dans une cuve de réception, à partir de laquelle une grue alimente la soute de mélange, où s’effectuent le mélange et l’homogénéisation de la boue d’épuration. Ensuite, une grue transporte la boue jusqu’à l’installation de séchage et de combustion. Avant d’être incinérée, la boue passe par un séparateur afin de retirer d’éventuelles impuretés. En plus des boues d’épuration déshydratées, des boues d’épuration entièrement séchées en externes sont également livrées avec un résidu sec (RS) de 90 % et stockées temporairement dans un silo de boues sèches.

Économiques et flexibles : le séchage et la combustion à lit fluidisé

Une attention particulière est accordée à l’ensemble de l’installation de traitement pour un fonctionnement presque sans eaux grises. C’est pourquoi un séchoir à bande est utilisé comme dispositif de séchage. Pour ce faire, un séchoir à bande HUBER BT de taille 20 a été installé grâce au savoir-faire de longue date de l’un des deux groupes-mères de la S2E.

En outre, le concept de séchage intégral permet une utilisation nettement meilleure de la capacité de séchage limitée de < 50 tonnes par jour en raison de la procédure d’autorisation simplifiée. Le flux partiel de boues d’épuration séché à 90 % de résidus secs (RS) est dilué avec le reste des boues d’épuration déshydratées à environ 45 % de RS avant la combustion, ce qui garantit une combustion en autarcie dans le four stationnaire à lit fluidisé.

Hautement efficace et pauvre en substances nocives : la technologie de la combustion à lit fluidisé

La technologie de combustion à lit fluidisé s’est imposée non seulement comme une méthode de traitement thermique des boues d’épuration prometteuse et éprouvée, mais constitue également une technologie particulièrement efficace et peu polluante pour l’incinération des boues d’épuration. Les boues d’épuration à éliminer sont déposées sur une ligne de combustion (composée d’un foyer et d’une chaudière de récupération de la chaleur de combustion) avec épuration des gaz de combustion en aval.

Le mélange de sable, de cendres et de boues d’épuration est fluidisé par l’injection d’air primaire préchauffé par le bas via le fond à injecteurs. Le sable est ainsi mis dans un état similaire à celui du liquide. La conception ouverte du fond de l’injecteur permet d’éliminer les corps étrangers et de réinjecter le sable pendant le fonctionnement, sans arrêter l’installation de combustion et entraver le fonctionnement.

Septembre 2021 : Fumée blanche à Halle - le réchauffement a commencé, l'usine se réchauffe
18 octobre 2021 : Livraison des premières boues d'épuration à Halle-Lochau - les tests de performance et les essais de fonctionnement peuvent commencer

Régulation flexible de la puissance de combustion et réduction des émissions nocives

Le réglage flexible de la puissance de combustion assure, par la commande d’air étagée, une combustion complète des boues d’épuration. Pour minimiser les émissions de polluants, il est possible de réagir de manière flexible aux variations de charge et de pouvoir calorifique. Dès la combustion dans le foyer, les substances nocives, telles que les dioxines, le monoxyde de carbone (CO), les polluants organiques et les oxydes d’azote (NOx), sont minimisées. Une injection d’eau ammoniacale peut également être installée ultérieurement dans le foyer si nécessaire (processus « SNCR »).

La combustion est conçue de manière à ce que les boues d’épuration puissent être brûlées avec 45 % de RS sans combustible supplémentaire. Un brûleur à fioul est utilisé pour compenser les états de fonctionnement non stationnaires (p. ex. en cas de rupture de combustible ou de température du foyer inférieure à la température prescrite) ainsi que pour démarrer et arrêter l’installation. L’installation du brûleur est exploitée automatiquement par le système de pilotage central.

Le refroidissement des fumées s’effectue dans la chaudière de récupération, qui est raccordée à la chambre de postcombustion. Dans la chaudière de récupération, l’énergie des gaz de combustion est transférée vers un système eau/vapeur, et la vapeur produite est convertie en électricité au moyen d’une turbine à vapeur.

Valorisation et production d’énergie : les besoins en énergie électrique propre sont couverts à moitié

Les fumées chaudes sont acheminées vers la chaudière de récupération et refroidies lors de la production de vapeur pour l’épuration ultérieure des gaz de combustion. L’énergie thermique dégagée lors de la combustion des boues d’épuration est transférée vers le système eau/vapeur dans la chaudière à vapeur saturée. Une turbine à vapeur couplée à un générateur en aval valorise l’énergie de la vapeur ainsi produite. Pour garantir une disponibilité maximale de l’installation, la turbine est conçue pour valoriser l’énergie en tant que turbine à vapeur à contre-pression.

Les vapeurs émanant de cette turbine sont à leur tour utilisées principalement pour le séchage des boues d’épuration déshydratées. L’excès de chaleur est rejeté dans l’air ambiant par un refroidisseur. Les besoins en énergie électrique propre de l’ensemble de l’installation peuvent être couverts à moitié par le concept énergétique optimisé.

Novembre 2021 : Une vue actualisée de l'ensemble de l'installation

Respect de l’environnement et technologie de pointe : l’épuration des gaz de combustion

Afin de réduire les émissions de gaz nocifs lors de l’épuration des gaz de combustion, la S2E a opté pour les technologies les plus modernes disponibles sur le marché. Une installation d’épuration des gaz de combustion est mise en œuvre pour la monocombustion à Halle-Lochau. Cette variante a l’avantage de ne pas produire d’eaux usées provenant de l’épuration des gaz de combustion, ce qui s’avère être un atout innovant et durable.

Le dispositif d’épuration des gaz de combustion se compose des éléments suivants :

  • Filtre en textile pour la préséparation des cendres volantes
  • Dosage de l’additif sec : Ajout de coke actif et de glucides dans le flux de fumées (réacteur à sorption)
  • Recyclage de particules et conditionnement
  • Filtre textile (filtre à sorption)
  • Évacuation des cendres et stockage tampon

Le niveau de sorption conditionné quasi sec avec dosage de glucides et de coke actif dans un réacteur constitue le deuxième niveau. Les agents de sorption en poudre et les substances nocives qui y sont liées sont séparés et éliminés dans le deuxième filtre textile, les particules séparées étant partiellement recyclées. Cela permet d’améliorer la capacité de séparation des composants polluants tout en réduisant le besoin en agents de sorption.

Les gaz de combustion purifiés sont acheminés par le ventilateur de tirage vers la cheminée, où les concentrations de gaz nocifs et de particules sont mesurées en continu puis évaluées et enregistrées dans la station de mesure des émissions. Les cendres en forme de poussière sont stockées séparément dans des silos pour une évacuation ultérieure.

Le procédé d’épuration des gaz de combustion retenu permet d’éliminer de manière très économique les gaz nocifs, la poussière, les métaux lourds ainsi que les polychlorodibenzodioxines et polychlorofuranes (PCDD/F). Cette conception de l’épuration des gaz de combustion permet de respecter les valeurs limites d’émissions exigées par la 17e Ordonnance d’application de la loi fédérale sur la protection contre les émissions (BImSchV).

Récupération du phosphore : les cendres sont une matière première précieuse

La monocombustion des boues d’épuration atteint les taux les plus élevés de récupération du phosphore tout en détruisant tous les polluants et en recyclant le phosphore contenu dans les cendres produites. Les boues d’épuration issues de la combustion à lit fluidisé sont très peu nocives et constituent un vecteur de phosphore important. Elle constituera ainsi une matière première précieuse pour la production future d’engrais à base de phosphore.

Le recyclage de qualité des cendres phosphoreuses est l’avenir

On peut déjà observer qu’en vue de la récupération obligatoire du phosphore à l’issue des délais de transition en Allemagne, respectivement à partir de 2029 et 2032, la monocombustion des boues d’épuration ainsi que le recyclage de haute qualité des cendres de phosphore produites sont étudiés de manière intensive.

Afin de surveiller de près l’obligation future de récupération du phosphore, sludge2energy GmbH envisage des voies de recyclage durables et efficaces pour les cendres contenant du phosphore.

Mise en service à froid depuis mi-juillet 2021, mise en service à chaud fin septembre : les jalons du projet

  • Novembre 2018 : Demande d’établissement de l’installation
  • Novembre 2019 : Début du chantier
  • 15 et 16 janvier 2021 : Montage du four à lit fluidisé
  • 31 mars 2021 : test de pression de la chaudière réussi
  • Juin 2021 : Finalisation du montage de tous les composants de l’installation et contrôle de tous les groupes de composants sous pression
  • Depuis mi-juillet 2021 : Mise en service à froid
  • Mi-octobre 2021 : Première application de boue, puis tests de performance et essais de fonctionnement

La mise en service normal et le transfert à la société WTE Betriebsgesellschaft mbH sont prévus pour le 1er mars 2022.


Pour en savoir plus sur ce projet et sur le procédé durable sludge2energy, rendez-vous sur le site suivant en anglais : www.sludge2energy.de.