Brevet FR2006858A1 — publié le 19700102

i 2006858 La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur pour une matière granulaire ou pulvérulente, du type constitué par un puits vertical qui est pourvu à son extrémité supérieure d'un moyen servant à introduire la matière et à son 5 extrémité inférieure d'une ouverture d'admission pour de l'air ou un autre gaz qui peut s'élever à travers le puits à contre-courant de la matière qui tombe le long du puits, ce dernier contenant des surfaces de guidage incorporées servant à guider la chute de la matière et l'écoulement du gaz. 10 Un exemple important d'utilisation d'un tel préchauffeur est donné par le préchauffage de la matière de départ pulvérulente du ciment avec les gaz d'échappement chauds provenant d'un four rotatif servant à cuire le ciment et auquel la matière préchauffée est envoyée. 15 Les préchauffeurs à puits du type indiqué soiit pourvus de surfaces de guidage telles que la matière qui est fournie au puits à son extrémité supérieure et qui doit aller à sa partie inférieure soujs l'action de la pesanteur glisse d'une surface de guidage à/Suivantes qui est disposée en quinconce par 2o rapport aux surfaces de guidage précédentes de telle sorte, par exemple, que deux parois opposées du puits portent des surfaces de guidage en saillie qui sont en quinconce. Les surfaces de guidage peuvent être inclinées ou horizontales et elles servent à ralentir le passage de la matière à travers le puits de façon 25 à assurer le meilleur contact possible entre la matière et les gaz chauds qui s'écoulent à contre-courant vers le haut à travers le puits, pendant que la matière passe d'une surface de guidage à la suivante. Des installations de ce type sont également utilisées 30 pour le séchage et le refroidissement, et d'une manière fondamentale, il n'y a aucune distinction entre ces installations en ce qui concerne leur utilisation pour un procédé ou un autre, que le processus mis en oeuvre soit constitué par un préchauffage, un séchage ou un refroidissement de la matière granulaire 55 ou pulvérulente. A mesure que la matière tombe à travers le ^uits depuis la ~ une surface de guidage à /suivante, il est prévu de la sourie-ctre à vin certain mouvement de tourbillonnement au moyen du courant de gaz qui est contraint de former des courants vagabonds en BAD ORIGINAL 69 13050 2 2006858 passant entre les surfaces de guidage. Il en résulte un contact plus intime entre la matière et le gaz, à l'aide duquel l'échange de chaleur est amélioré. Du fait que la formation des courants vagabonds dans les cj échangeurs de chaleur connus n'est pas très efficace, les échaa-geurs de chaleur doivent être pourvus d'un grand nombre d'étages et de ce fait ils deviennent très hauts si on veut obtenir un échange de chaleur raisonnable et efficace. En conséquence, la présente invention a pour but de 10 fournir un échangeur de chaleur du type indiqué plus haut, mais comportant des dispositifs perfectionnés incorporés assurant la formation efficace de courants vagabonds de gaz de telle sorte que la hauteur d'ensemble de 1'échangeur de chaleur puisse être réduite en comparaison des structures connues, 15 nêrae avec un échange de chaleur amélioré. Le perfectionnement de 11échangeur de chaleur selon la présente invention est obtenu en donnant aux surfaces de guidage la forme d'une surface de guidage hélicoïdale continue qui s'étend vers le bas à travers le puits et qui fait un angle 20 aigu tourné vers le bas avec la paroi de celui-ci. La matière introduite dans l'extrémité supérieure du puits descend suivant un trajet hélicoïdal en tendant à se rapprocher de l'axe du puits avec une vitesse qui dépend, entre autres choses, du pas de la surface hélicoïdale et de 25 l'angle aigu formé par celle-ci avec l'axe, tandis que les courants d'air ou de gaz dirigés vers le haut à travers le puits forment d'une manière continue des courants vagabonds. A l'endroit de l'axe du puits, la matière est entraînée par un courant d'air et y est maintenue en suspension pendant une 30 période de courte durée avant d'être précipitée par l'effet de cyclone ou de séparation des courants vagabonds. Pendant que la matière est en suspension, il s'effectue un échange de chaleur très efficace, et du fait que la mise en suspension et la précipitation dans le dispositif incorporé selon la pré- . 35 sente invention peuvent s'effectuer à n'importe quel—étage du puits et successivement avec très peu-de différence de niveau, le puits est utilisé d'une manière avantageuse de telle sorte que sa hauteur peut être réduite en; .comparaison des structures connues du type précité. BADOWg/^ 69 13050 3 2006858 On peut utiliser une seconde surface hélicoïdale s'é-tendant depuis le "bord radialement intérieur de la surface de guidage, à peu près horizontalement vers l'extérieur jusqu'à la paroi du puits. Une partie de la paroi est alors iso-5 lée de la matière introduite à la partie supérieure du puits par les deux surfaces ainsi que le gaz qui s'écoule vers le haut à travers le puits. Cette partie de la paroi remplit par suite une fonction de structure pure et elle peut comporter des ouvertures pour l'alléger et la rendre plus économique 10 ou "bien elle peut être découpée et remplacée par des éléments de construction tels que des barres verticales. La partie de la paroi qui est isolée de la matière et des gaz peut représenter plus de la moitié de la paroi. Le profil de la surface de guidage hélicoïdale peut 15 être constitué par une surface courbe ou une ligne droite, suivant le mouvement voulu pour la matière . Pour des transporteurs utilisés, par exemple, pour transporter des sacs ou d'une manière générale des marchandises suivant une direction à peu près complètement verticale, on sait utiliser des sur-20 faces hélicoïdales, en particulier sous la forme de surfaces en spirale, présentant par exemple en section la forme d'une auge et comportant des bords verticaux servant à maintenir la matière sur la surface de transport. A la différence de ceci, il faut que la surface de guidage hélicoïdale suivant la pré-25 sente invention forme tin angle aigu ouvert vers le bas avec la paroi du puits du fait qu'il est prévu réellement de faire écouler la matière granulaire ou pulvérulente vers l'axe du puits et au-dessus de la surface hélicoïdale suivant un mouvement combiné en hélice et en spirale. La valeur de l'angle 50 aigu dépend en partie de la nature de la matière mais également de la nature du processus. Lorsqu'il s'agit de préchauffer la matière de départ du ciment, l'angle aigu est égal ou inférieur à 25° et peut en cours de route varier depuis l'orifice d'entrée jusqu'à l'orifice de sortie du puits, les ca-35 ractéristiques de la matière variant au cours du préchauffage, et en règle générale, il faut par suite disposer d'une surface hélicoïdale extrêmement inclinée à 11 extrémité inférieure du puits, c'est-à-dire un angle aigu étroit, par exemple, 69 13050 4- 2006858 en donnant un pas supérieur à la surface hélicoïdale de façon à éviter toute agglomération de la matière. Dans le cas où il s'agit d'un préchauffeur, il convient que la surface de guidage hélicoïdale présente un pas décrois-5 sant en allant vers l'extrémité supérieure du puits de telle sorte que la vitesse de l'air ou des gaz puisse être maintenue sans être modifiée ou qu'elle reste indépendante de la différence de température entre les divers étages du puits. La surface hélicoïdale peut ne pas s'étendre jusqu'à 10 l'axe du puits, mais peut présenter une forme comportant une ouverture centrale traversant tout le puits et un élément de réglage tronconique est disposé sur l'axe du puits afin de régler la dimension de l'ouverture centrale, l'élément de réglage étant supporté par des supports de manière à pouvoir le 15 déplacer dans le sens axial de la surface hélicoïdale, au moyen de cet élément de réglage, il est possible de régler dans une certaine mesure le débit de la matière à travers le puits par dessus le bord intérieur de la surface hélicoïdale, et également de^bégler la concentration de la matière à cet 20 emplacement et du fait sa suspension dans l'air ou dans les gaz refoulés vers le haut à travers le puits. De préférence, la surface de guidage hélicoïdale incorporée est composée de sections annulaires circulaires. En choisissant des sections annulaires circulaires d'un rayon inté-25 rieur approprié, les sections peuvent également être adaptées au moyen de réglage de telle sorte qu'avec des rayons intérieurs différents des sections annulaires circulaires individuelles jusqu'au puits, la même largeur de fente annulaire puisse être obtenue sur toute la longueur de la surface héli-30 coïdale entre celle-ci et 1'élément de réglage. Comme on le voit d'après la description précédente^ l'é-changeur de chaleur peut être utilisé d'une façon commode comme puits de préchauffage dans une installation servant à cuire le ciment et la présente invention se rapporte égale-35 ment à une telle installation, dans laquelle l'extrémité inférieure du.puits est reliée à l'orifice de sortie des gaz d'un four rotatif tandis que son extrémité supérieure est reliée à un cyclone et comporte un moyen servant à introduire de la matière de départ pulvérulente pour le ciment dans le 69 13050 5 2006858' puits afin de la préchauffer et ensuite de la cuire dans le four rotatif, l'extrémité inférieure du puits étant formée et reliée au four rotatif de telle sorte que la matière puisse glisser dans ce dernier. 5 Dans une installation de ce type, il est en réalité im portant d'obtenir un échange de chaleur aussi efficace que possible dans le puits de préchauffage selon l'invention, du fait que la chaleur des gaz de sortie qui quittent le puits est d'habitude perdue, et la température en ce point doit de 10 ce fait âtre aussi faible que possible. En même temps, il est important que la hauteur du puits soit réduite en comparaison de celle des installations connues car il s'ensuit line réduction des frais de construction. D'autres avantages et caractéristiques de la présente 15 invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif deux exemples de puits de préchauffage selon la présente invention et un exemple de leur utilisation dans une installation de cuisson du 20 ciment. Sur ces dessins, La Fig. 1 est une vue latérale schématique d'un premier préchauffeur, la moitié avant de la paroi du puits étant supprimée ; 25 La Fig. la est la même .vue que celle de la ï"ig. 1, mais comprenant un élément de réglage ; La 3Fig. 2 représente une partie d'un disque annulaire circulaire destiné à-la surface hélicoïdale représentée sur la lig. 1 ; 30 La ïig. 3 représente schématiquenent l'installation de cuisson du ciment. La Fig. 4 est une vue de face, avec des éléments en coupe, du second préchauffeur; et La Fig. 5 est une vue latérale du préchauffeur repré-35 senté sur la Fig. 4-. Le préchauffeur représenté sur les Fig. 1 et la comporte \in puits tubulaire 1 muni d'une surface de guidage hélicoïdale incorporée 2. La surface hélicoïdale est composée d'éléments annulaires circulaires 3» comme on le voit sur la Fig.2 ~~~" BAD QRV3SHÂL 69 13050 s 2006858 avec un rayon intérieur r et un rayon extérieur R de façon à former une ouverture centrale 4 à travers le puits. Dans le plan vertical, la surface hélicoïdale e forme un angle aigu v tourné vers le bas avec la paroi du puits. 5 Le puits 1 et la surface hélicoïdale 2 sont également indiqués sur la Fig. 1 avec un élément de réglage 5 qui peut être déplacé dans des supports 5a et 5b* L'installation représentée sur la Fig. 3 comprend un four rotatif 6 dont le dessin ne représente que son extrémité 10 de sortie pour les gaz d'échappement, un tuyau 7 pour les gaz • d'échappement, un cyclone 8 comportant un tuyau de liaison 9 et un tuyau de sortie 10 pour les gaz. De plus, l'installation comprend un filtre 11 muni d'un tuyau de sortie 12 allant à une cheminée par un ventilateur de sortie des gaz (non repré-15 senté sur le dessin). Le puits 1 comporte un tuyau d'alimentation 13 muni d'une vanne étanche à l'air 14 servant à introduire la matière première du ciment dans le puits. Le cyclone 8 comporte un tuyau de sortie 15 muni d'une vanne étanche à l'âir 16 servant à évacuer la matière séparée dans le cyclone, A vo-20 lonté, la matière peut être renvoyée au tuyau 13 ou peut être envoyée directement au four rotatif ou bien utilisée d'une autre manière. La poussière qui est séparée par le filtre 11 est collectée dans deux trémies de sortie 17 et 18 d'où elle est emmenée, par exemple avec la matière qui est séparée par 25 le cyclone 8. La matière introduite dans l'extrémité supérieure du puits 1 descend à travers celui-ci sous l'action de la pesanteur à contre-courant des gaz chauds introduits à l'extrémité inférieure du puits. Le mouvement de descente de la matière à 30 travers le puits est guidé par la surface hélicoïdale incorporée qui est représentée sur le dessin comme étant composée de plaques, mais qui peut également être constituée par un dispositif incorporé comportant une section totale ou partielle en forme de filet et le dispositif incorporé peut être de 35 plus conçu comme une surface hélicoïdale à filets multiples. En choisissant un angle de pas approprié pour la surface hélicoïdale et en choisissant l'angle aigu v approprié formé par la surface hélicoïdale d'un plan vertical avec la paroi du puits, on obtient que les particules de matière exécutent un 69 13050 7 2006858 mouvement combiné en hélice et en spirale en descendant le long de la surface hélicoïdale vers la partie centrale du puits où la matière déborde par dessus le bord intérieur de la surface hélicoïdale. Les particules de matière sont alors interceptées 5 par le courant ascendant de gaz de sorte qu'un échange de chaleur s'effectue, et du fait des courants vagabonds formés par le gaz, les particules sont à nouveau séparées par un effet de cyclone sur la surface hélicoïdale à l'endroit de la paroi du puits, après quoi le processus se répète. Il résulte de la 10 construction concentrée de la surface de guidage que le processus peut être répété un certain nombre de fois pendant que la matière traverse le puits, même si celui-ci est très court, de sorte qu'on obtient un échange de chaleur extrêmement efficace. On peut obtenir un certain réglage du débit de la matiè-15 re à travers le puits, dans son ouverture centrale en ralentissant le débordement de la matière par dessus le bord intérieur de la surface hélicoïdale au moyen de l'arbre tronconique incorporé 5 qu'on voit sur la Fig. la. Pour régler la largeur de l'intervalle continu formé entre le bord intérieur de la 20 surface hélicoïdale et le puits, l'autre peut être déplacé verticalement dans les supports 5a et 5b. Dans l'installation représentée sur la Fig. 3, la matière qui a atteint le bas du puits va directement dans le four rotatif 6 par le même tuyau 7 qui conduit dans le puits les gaz 25 d'échappement du processus de .cuisson s'effectuant dans le four. Les gaz d'échappement quittent le puits par le tuyau 9 et sont dépoussiérés dans le cyclone 8 et le filtre 11. En dehors du puits 1, l'installation représentée sur la Fig. 5 est de modèle classique et de ce fait elle est connue en elle-même, mais un 30 puits suivant la présente invention est particulièrement avantageux ; dans une installation de ce type et à ce point de vue l'installation est nouvelle et avantageuse. L'installation représentée sur la Fig. 3 peut être modifiée de diverses manières £L et entre autres correspondré/des installations connues de ce 35 type. C'est ainsi qu'entre l'orifice de sortie du four rotatif >» et l'orifice d'entrée du puits, on peut disposer un cyclone incorporé, et de plus, le courant de gaz d'échappement et le courant de matière au point envisagé peuvent être séparés d'une autre manière. 69 13050 8 2006858 Le préchauffeur représenté sur les Fig. 4 et 5 comporte une surface de guidage hélicoïdale 2 semblable à celle de l'exemple de la Fig. 1. Vers l'extérieur du bord radialement intérieur 20 de la surface de guidage 2 s'étend une seconde sur-5 face hélicoïdale 21. Le bord radialement extérieur 22 de la surface de guidage hélicoïdale 2 est relié au bord radialement extérieur 23 de la surface hélicoïdale 21 par une partie 24- de la paroi du puits. Du fait de l'agencement des surfaces hélicoïdales 2 et 21, seule la partie 24 de la paroi du puits 10 est en contact avec les gaz et avec la matière à l'intérieur du préchauffeur. Le restant de la paroi du puits peut par suite être supprimé et remplacé par un certain nombre de barres de construction verticales 25. Une installation de cuisson du ciment comprend deux 15 préchauffeurs montés côte à côte et alimentant le même four rotatif 6 par deux conduits de forme appropriée 26 à travers lesquels les gaz vont aux préchauffeurs. Au sommet de chacun des préchauffeurs se trouve un tuyau central 27 à travers lequel la matière à chauffer est introduite, et trois séparateurs 20 cyclones 28 à travers lesquels les gaz qui s'écoulent vers le haut passent après avoir quitté le préchauffeur par trois ouvertures 29 du tuyau 27. La poussière séparée des gaz dans les cyclones 28 est réintroduite dans les préchauffeurs par des tuyaux 30. Le comportement de la matière et des gaz qui s'écou-25 lent vers le haut dans le préchauffeur est le même que celui qui a été décrit pour l'exemple de la Fig. 1. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite . et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de 30 son cadre. 69 13050 9 2006858 BEVEKDICATIOiTS 1. Echangeur de chaleur pour une matière granulaire ou pulvérulente, caractérisé en ce qu'il comprend un puits vertical qui est pourvu à son extrémité supérieure d'un moyen servant à introduire la matière et à son extrémité inférieure ^ d'une ouverture d'admission pour les gaz qui peuvent s'élever à travers le puits à contre-courant de la matière qui tombe le long du puits, ce dernier contenant une surface de guidage hélicoïdale continue descendant vers le bas à travers le puits et formant un angle aigu tourné vers le bas avec la 10 paroi du puits. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pas de la surface hélicoïdale diminue en allant vers le haut du puits. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 15 la revendication 2, caractérisé en ce que la surface hélicoïdale est composée d'éléments annulaires circulaires. 4. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface hélicoïdale présente une forme comportant une ouverture cen- 20 traie dirigée vers le bas à travers le puits, un élément de réglage tronconique étant disposé le long de l'axe du puits et pouvant être déplacé dans le sens axial de la surface hélicoïdale afin de régler les.dimensions de l'ouverture centrale passant à travers la surface hélicoïdale. 25 5» Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une seconde surface hélicoïdale part du bord radialement intérieur de la surface de guidage, à peu près horizontalement vers l'extérieur jusqu'à la paroi du puits, de sorte cu'une partie de la 30 paroi est isolée par les deux surfaces de la matière introduite à l'extrémité supérieure du puits et du gsz qui s'écoule vers le haut à travers le puits. 6. Echangeur de chaleur suivant la revendication 5» caractérisé en ce que la partie de la paroi du puits qui est 35 isolée par les deux surfaces est découpée et remplacée par des éléments de construction. 7. Installation pour cuire du ciment, caractérisée en 8AD ORIGINAL 69 1305Q 10 2006858 ce qu'elle comprend un four rotatif muni d'un puits de pré-chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, suivi par un cyclone, l'entrée d'admission du gaz à l'extrémité inférieure du puits étant reliée à l'orifice de 5 sortie des gaz d'échappement du four tandis que son extrémité supérieure est reliée au cyclone, des moyens servant à introduire une matière première pulvérulente du ciment pour la préchauffer dans le puits et pour la cuire ensuite dans le four rotatif, l'extrémité inférieure du puits étant formée et re-10 liée au four rotatif de façon à ce que la matière préchauffée puisse glisser dans ce dernier.