Brevet FR2010646A1 — publié le 19700220

La présente invention se rapporte à un dispositif pour le chauffage des fours verticaux tels que ceux qui sont utilisées, par exemple, pour la calcination de la pierre à chaux, par exemple au moyen d-'un combustible gazeux tels que, par exemple un gaz de pétrole liquéfié. Dans les fours à chaux verticaux à fonctionnement en continu du type indiqué ci-dessús, dans lesquels la charge-descend de la tête à la base du four, la zone de préchauffage d-i̲t, non seulement, s'étendre uniformément sur toute la section du four mais également, s'étendre sur une certaine hauteur dans la direction verticale. -Si le préchauffage est concentré dans une zone de trop faible étendue (dans le sens vertical) on observe, soit que le temps de séjour dans la zone de préchauffage n'est pas suffisant pour garantir une calcination-complète (décarbqna- tation) de la masse de la charge, soit que des parties de cette matière sont surchauffées et agglomérées (surcuits), soitencore les deux phénomènes simultanément. Si l'on utilise un gaz comme combustible, le préchauffage nécessaire s'effectue en introduisant itair de combustion par la base du four et le combustible gazeux à l'intérieur du four, à un niveau plus élevé, à travers des tuyères prévues dans la paroi du -four.Dans le cas de fours de grande largeur, il a également été proposé d'introduire une certaine quantité du gaz combustible dans l'axe du four et cette introduction est rendue possible par la présence d'un noyau en maçonnerie de briques qui se prolonge jusqu'à la zone de calcination. Le mélange entre le combustible gazeux et l'air et, par conséquent, la combustion, ne se produisent que pendant le pas- sage de la charge et ces phénomènes se produisent donG sur une plus grande distance verticale. Un but de l'invention est d'améliorer le chauffage des fours verticaux réalisés comme- onl'a décrit plus haut et du type qui comprend une arrivée centrale de gaz combustible et d'air. Suivant l'invention, un dispositif pour le chauffage de fours verticaux au moyen d'un combustible gazeux introduit par la base du four et qui comprend une conduite d'arrivée verticale disposée au centre et une chambre de distribution pour le gaz combustible combinés avec une conduite d'arrivée pour l'air de combustion, et est caractérisé par le fait que la conduite d'ar rivée d'air est disposée autour de la conduite d'arrivée du gaz combustible- sous forme d'un espace annulaire double à travers lequel l'air de combustion passe vers le haut au c8té ntêrieur et vers le bas du côté extérieur. Dans les fours verticaux à alimentation- centrale eu gaz combustible et air, la combinaison de l'alimentation en gaz combustible et de l'alimentation en air dans un bradeur disposé -au- centre permet d'obtenir une commande plus simple et plus précise du -flux de- gaz et duflux d'air ainsi que du rapport gaz/ air. L'alimentation engaz combustible à travers un dispositif distributeur agencé dans l'axe du four/assure la sécurité de larépartition sur toute la surface de la section du fût du four. Binalement, le fait que l'on introduit des quantités réglées et proportionnées d'air à différents niveaux dans la charge du four permet d'agir sur l'étendue et la forme de la zone de combustion. Dans la forme de réalisation de- l'invention qui est décrite, le gaz combustible et l'air de combustion pénètrent à l'intérieur du four sous la forme de flux séparés, le flux d'air de combustion pénétrant à? un niveau plus bas, de préférence proximité de-la base. du four et le flux de gaz combustible .pénétrant plus haut. L'air de combustion s'étale sur la partie inférieure, en -tièreme,t calcinée, de la charge et contribue -au refroidissement de celle-ci.Il est évident que le gaz combustible, en pénétrant plus haut, commence déåà à brûler aux orifices de sortie; étant donné que la quantité d'air de combustion est réglé et de façon à donner un léger excès, par exemple de 15 % par rapport ula pro portion stoechiométrique, -il ne se produit une combustion totale que lorsque l'air se répand dans tout la charge. - La description qui va suivre, en référence, aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemples, fera miteux comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur. ces dessins, la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une première forme de réalisation d'un dispositif de chauffage, suivant l'invention; la figure 2 est une vue-er coupe verticale d'une autre -forme de réalisation de ce dispositif de-chauffage. Sur les dessins, on a utilisé les mêmes références pour désigner-des éléments correspondants. Dans les formes de réali sation représentées, le dispositif est approprié pour être monté verticalement au centre du four vertical. Les conduites d'arrivée du gaz combustible et de l'air s'étendent vers le bas, à travers une ouverture de la base du four, de sorte que les vannes de réglage, le compresseur d'air, etc.., peuvent centre montés dans l'espace situé au-dessous du four ou bien, éventuellement, sur le côté de ce four. le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un tube vertical 1 dans lequel un tube 2 plus étroit est disposé concentriquement. À l'extrémité supérieure, les deux tubes portent une chambre de distribution 3 qui a la forme d'un cylindre de faible hauteur et un diamètre considérablement supérieur à celui du tube 1. la chambre communique par un orifice 3a avec le tube intérieur 2. Le gaz combustible arrive par le tube 2 et s'échappe à travers un grand nombre d'orifices 3b qui sont répartis sur la paroi cylindrique de la chambre 3. Un cône 4 est fixé sur le couvercle de la chambre 3. L'air de combustion arrive par l'espace annulaire compris entre les tubes 1 et 2 et pénètre dans l'espace creux compris entre le couvercle de la chambre 3 et le cône 2 à travers un certain nombre de tubes 5 qui traversent le couvercle et le fond de la chambre 3. L'air de combustion passe dans une autre série de tubes 6, de l'espace creux situé au-dessous du-cône 4 dans l'espace annulaire extérieur formé par le tube 1 et par la partie cylindrique supérieure de l'enveloppe 7, la partie inférieure de l'enveloppe 7 est de forme- conique de sorte que l'espace annulaire extérieur s'évase vers le bas. L'espace annulaire est limité à la partie inférieure par une plaque de fond 8. Entre le bord extérieur de cette plaque de fond et le bord inférieur de l'enveloppe conique 7,- est prévue une fente 9 à travers laquelle l'air de combustion s'échappe à l'extérieur. Dans le cas d'un grand débit, la résistance à l'écoulement que l'air de combustion rencontre en passant par l'espace annulaire intérieur comprise entre les tubes 1 et 2, dans les tubes 5 et 6 et dans l'espace annulaire extérieur compris entre le tube 1 et l'enveloppe 7 peut devenir trop grande. On prévoit pour cette raison une série de fentes périphériques 14 convenablement agencée à l'extrémité supérieure du tube 1, et à tra vers lesquelles une certaine partie de l'air de combustion passe directement de l'espace annulaire intérieur à l'espace annulaire extérieur. Le cône 4 est entretoisé intérieurement par uae série de supports en acier 10 fixés par soudage; de même, la partie inférieure conique de l'enveloppe 7 est fixée par un certain nombre de supports 11 qui sont répartis sur sa circonférence. La partie saillante 3 est convenablement supportée par une série de supports 12 et la plaque de fond 8 prend appui sur des supports correspondants 13, les pièces travaillantes qui sont exposées à la contrainte mécanique maximale par la charge du four, c'est-àdire le cône 4, la chambre 3 et l'enveloppe 7, étant convenablement réalisés en un acier résistant à la chaleur. Dans la variante du dispositif suivant l'invention qui est représentée sur la figure 2, une petite quantité de l'air de combustion pénètre dans le four à proximité des sorties du combustible gazeux, la majeure partie sortant du dispositif à proximité de la base du four. À cet effet, il est possible de prévoir un certain nombre de sorties, réparties sur la-circonfé- rence, à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 7, c'est-à-dire juste au-dessous de la chambre 3.Toutefois, il est plus avanta geux de pouvoir régler la proportion des flux d'air (pour faciliter la représentation, on a omis sur le dessin la partie du dispositif qui se trouve entre la section À et la section B de la figure 1). En supplément du tube 2, un autre tube 15 est monté dans le tube 1, pour former une conduite d'arrivée d'air séparée.Ce tube 15 est de diamètre convenablement élargi, comparativement au tube 2 et monté coaxialement à ce dernier. Â son extrémité supérieure, il communique avec une chambre de distribution cylindrique 16 percée d'orifices de sortie 17 qui sont répartis sur sa circonférence, La chambre 16 a un diamètre lé gèrement inférieur ou égal à celui de la chambre 3 qui la surmonte. A son extrémité intérieure, la conduite d'arrivée d'air 15 est reliée à la conduite principale d'arrivée d'air par une vanne de commande 18.Cette liaison est de préférence formée par un tub-e de dérivation 19 de sorte que la vanne de réglage 18 se trouve a letérieur du tube arrivée d'air 1. Cette sorte de réallsation dune une zone do combustion raglableD do forme plus ramassée et plus courte dans le sens vertical que la première forme de réalisation. Dans certaines conditions de fonctionnement, ceci constitue une caractéristique avantageuse. Dans certaines conditions, par exemple dans le cas d'une grande proportion de particules fines et/ou d'une répartition irrégulière de la granulométrie dans la charge, il risque de se former une zone verticale présentant une quantité déficitaire d'air de combustion le long de la ligne centrale du four et ceci donne lieu à une décarbonatation insuffisante de la partie correspondante de la charge. Dans ces cas, il est préférable d'utiliser une forme de réalisation du dispositif qui est de'même représentée schématiquement sur la figure 2 (en combinaison avec la forme de réalisation décrite plus haut). Le cône 4 est divisé en deux plans horizontaux. Entre la parie supérieure 4a et la partie inférieure 4b du cône, est agencée une virole cylindrique 4c qui est. percée d'une série d1brifices répartis sur sa circonférence. Dans cette forme de réalisation, les tubes 6 sont de préférence supprimés ou., du moins, leur nombre est réduit de telle façon qu'il se produise dans la cavité située au-dessous du cône 4a, 4b, une accumulation suffisante d'air de combustion qui arrive par les tubes 5. - XEVEDICBTIOS - 1 - Dispositif de chauffage de fours verticaux au moyen d'un combustible gazeux introduit par la base du four, compre nant une conduite d'arrivée verticale disposée au centre et une chambre dee répartition pour le gaz combustible, combinés avec une conduite d'arrivée pour l'air de combustion, caractérisé par le fait que la conduite d'arrivée d'air est disposée autour de la conduite d'arrivée de gaz combustible sous forme d'un espace annulaire double à travers lequel l'air de combustion passe vers le haut du côté intérieur et vers le bas du côté extérieur. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un espace creux qui surmonte la chambre de distribution est reliée aux espaces annulaires de la conduite d'arrivée d'air et en ce qu'une partie de l'air de combustion passe à travers l'espace creux. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, à l'intérieur de l'espace annulaire double de la conduite a'arrivée d'air une conduite d'arrivée d'air séparée qui est reliée à la conduite d'arrivée d'air principale au moyen d'une vanne de réglage et qui mène à une chambre de distribution d'air- séparée. 4 - Dispositif suivant les revendications-l et 2, caractérisé en ce que l'espace creux qui surmonte la chambre-de distribution est percée d'orifices destinés au passage d'une partie ae l'air de combustion.