Brevet FR2265700A1 — publié le 19751024

La presente invention vise un procédé de prétraitement de la matière crue dans une installation de cimenterie, installation du genre comprenant une batterie de cyclones superposés dans lesquels circulent en contre-courant de haut en bas les solides et, de bas en haut, les gaz provenant d'un four de clinker risation, généralement un four rotatif. Elle vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé Dans les installations de cimenterie actuellement existantes, il est connu, pour prétraiter la matière crue, de la sécher complètement entre 10000 et 200"C puis de la déshydroxyler totalement entre 400 et 500"C et enfin de la décarbonater totalement ou partiellement entre 800 et 100000. Ces opérations sont effectuees dans une batterie de cyclones et la matière brute partiellement décarbonatée passe ensuite dans un four rotatif ou elle est totalement décarbonatée et transformee en clinker a la manière habituelle. Il est egalement connu de prelever à la base du dernier ou de l'avantdernier cyclone, en suivant le trajet de la matière brute, la totalité ou une partie de cette matière qui est introduite dans un dispositif particulier, et d'injecteur dans celui-ci du fuel en y ajoutant éventuellement de l'air de combustion, les fumes sortant de ce dispositif venant se mélanger aux fumees provenant du four rotatif. La matière ainsi traitee est ensuite réintroduite avec les gaz dans le dernier cyclone, ceci afin d'assurer l'alimentation du four rotatif par le solide séparé des fumees. L'invention a pour objet un procedé de ce genre permettant cependant, par rapport aux procédés actuellement connus, une plus grande souplesse d'utilisation et, en particulier, l'utilisation d'un fuel à haute teneur en soufre. Ce procéde permet d'obtenir à l'entrée du four rotatif une matiere décarbonatée à 90%. Le procédé selon l'invention, destiné au prétraitement de matière première de cimenterie, comprenant chauffage, deshydroxylation et decarbonatation de cette matière, les solides suivant un trajet descendant dans une batterie de cyclones superposes pour aboutir dans un four de clinkérisation et rencontrant un courant ascendant de gaz provenant de ce four, la matière étant ainsi préalablement séchée et déshydroxylée et au moins partiellement décarbonatée, ce procédé est caractérisé en ce que le chemin d'amenee des solides entre l'avantdernier cyclone et le dernier cyclone est réglé en fonction du taux de carbonatation de ces solides au départ de cet avant-dernier cyclone. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, sur le trajet des gaz quittant le four rotatif, on injecte un combustible et un melange comburant chaud. I1 est notamment possible d'utiliser comme combustible un fuel à haute teneur en soufre; ce fuel peut être le même que celui normalement injecté à la tuyère du four rotatif et la quantité de fuel ainsi pulvérisé peut varier de O à 65% du total du combustible utilisé. Comme on le verra ci-apres, cette pulverisation de combustible provoque la réaction endothermique de décarbonatation et, de ce fait, stabilise la temperature,en particulier dans la chambre de combustion,à 850"C environ. Quant à l'injection de mélange comburant chaud, elle permet notamment la mise en suspension de la matière dans le courant gazeux ainsi formé et en outre l'apport d'un excédent d'oxygène garantissant la combustion oxydante indispensable à la protection des électrofiltres de l'installation. Pour la miseen oeuvre de ce procedé, l'invention prévoit un dispositif faisant partie d'une installation de prêtraitement de matière de cimenterie qui comprend une batterie de cyclones dont les derniers débouchent à l'entrée d'un four rotatif de clinkérisation, à la jonction de ce dernier avec un conduit de fumee aboutissant au dernier cyclone, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un carneau oblique raccordé audit conduit de fumees vers ladite jonction, un générateur d'un mélange comburant chaud débouchant dans ledit carneau, une série d'injecteurs de combustible disposés dans la zone de ladite jonction au-dessus du débouché des derniers cyclones, et un répartiteur partant de la sortie de l'avant-dernier cyclone et comprenant au moins trois branches munies chacune d'un clapet obturateur réglable et débouchant l'une selon un trajet court dans le conduit de fumées, et les autres dans le carneau en des emplacements espacés de ce dernier, l'un de ces emplacements etant situé à proximité du raccord de ce carneau avec ledit conduit de fumées. Entre autres avantages, ce dispositif permet une mise en régime progressive et, le cas échéant, par utilisation du trajet court, un retour immediat au mode de fonctionnement habituel sans arrêt de la production et sans que la qualité du clinker produit soit modifiée. L'invention ressortira d'ailleurs mieux de la description suivante donnee uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'une partie d'une installation de pretraitement de matière de cimenterie équipée d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif est représenté dans une allure de fonctionnement correspondant à un taux de décarbonatation important de la ma tière traitée. Les figures 2 et 3 sont des vues de détail du dispositif de la figure 1 montrant deux autres allures de fonctionnement pour des taux de décarbonatation différents de la matière traitée. L'installation de prétraitement de cimenterie comprend, dans sa partie décrite et représentée à la figure 1, un four rotatif de clinkerisation 1, représenté en partie, à l'entrée 2 duquel est relié par un raccord 3 à trois voies formant chambre de jonction,un conduit de fumées 4 aboutissant à la chambre d'un cyclone 5, le dernier d'une batterie de cyclones juxtaposés dans lesquels est séchée, deshydroxylée et au moins partiellement décarbonatée, la matière à traiter. Les solides de cette matière suivent un trajet descendant dans cette batterie, à contre-courant des fumées et gaz chaud traversant ces cyclones. Le conduit d'amenée 7 des solides de ce dernier cyclone 5 aboutit en 8 dans la chambre de jonction du raccord 3, à l'entrée du four 1. Selon une disposition prévue par l'invention, de ce raccord 3 part égaler ment un carneau oblique 10 auquel est raccordé, dans la partie supérieure de ce carneau, un générateur de gaz chauds 11, sur le rôle duquel on reviendra ci-après, ce générateur étant adapté à permettre l'envoi d'un excès d'air reglable. Selon une autre disposition prévue par l'invention, dans la chambre de jonction du raccord 3, sont prévus des injecteurs 12 de combustible, trois dans la forme d'exécution représentée, disposés au-dessus du débouche 8 du conduit 7 et reliés à une source de combustible non représentée. Selon une disposition également prévue par l'invention, de la base de l'avant-dernier cyclone 14 de la batterie, part un ensemble de conduits repartiteurs 15 de la matière solide à traiter aboutissant au carneau 10 et au conduit due fumées 4. Cet ensemble 15 de conduits comprend un conduit principal 16 partant de la base du cyclone 14, qui se divise en deux branches 17 et 18, la première aboutissant directement au conduit de fumées 4, vers la partie supérieure de celui-ci. La seconde branche, 18, se divise à son tour en deux branches 20 et 21 aboutissant toutes deux au carneau 10 en 22 et 23 respectivement, l'-em- placement 22 étant situé dans la région-supérieure du carneau et l'emplacement 23 dans la région inférieure de celui-ci, à proximité de l'entrée du four 1. Sur les bifurcations des conduits 17 et 18, d'une part, 20 et 21 d'autre part, sont disposés des clapets d'obturation réglables 24 et 25 respectivement, qui permettent de canaliser la matière traitée. Si le clapet 24 obture totalement le. conduit 18, toute la matière solide provenant du cyclone 14 est directement injectée dans le conduit de fumées 4, à la maniere habituelle dans les installations de ce genre. Si, par contre, le clapet 24 dégage au moins partiellement le conduit 18, le carneau 10 reçoit au moins une partie de la matiere venant de l'avant dernier cyclone 14. Ce carneau reçoit également les gaz de combustion du- générateur 11; matières solides et gaz s'y mélangent et il y a mise en suspension,. fluidification du solide. Ce courant de solides parvient dans la zone des injecteurs 12 de combustible, par exemple du fuel à teneur élevée en soufre. Il se produit là, à la base du carneau 10 et du conduit 2 de fumées du four une décarbonatation de la matière solide provenant du carneau 10. L'oxygene necessaire à la combustion du fuel provient, d'une part, des gaz sortant du four 1 et, d'autre part, des gaz chauds émanant du générateur 11. Un excès d'oxygène est nécessaire pour réaliser l'oxydation des gaz résultant de la combustion et pour éviter ainsi que ces gaz détériorent les filtres de dépoussiérage de l'installation. Il convient~particulierement de souligner que cette réaction de décarbonatation étant endothermique, la température des fumées sortant du four est abaissée à 800-900 C. En outre, il se forme ai-nsi un "point froid" à l'entrez du four de clinkérisation qui constitue à l'égard des phases -alcalines volatiles formées dans cefour une veritable barrière: elle provoque la condensation de ces alcalis et, de ce fait, le refoulement à l'intérieur du four tournant de la zone de formation des concrétions. On évite ainsi que ces mêmes concrétions se forment dans les appareils situés en amont du four. On notera que le fuel nécessaire à l'opération de fabrication du ciment est répare en trois points: brûleur du four rotatif, générateur 11 de gaz chauds et injecteurs 12. Environ 35% sont utilisés sur 1 premier point et 65% sur l'ensemble des deux autres. Naturellement, la proportion de fuel injecté varie en fonction de la matiere traitée; celle-ci est répartie dans les conduits répartiteurs 15 de maniere à régler de façon continue et dans une large plage le taux de décarbonatation de la matiere à l'entrée du four. Dans le circuit utilisé à la figure 1, la matière à traiter arrivant exclusivement par le conduit 20 dans la région supérieure du carneau, par obturation des conduits 17 et 21 par les clapets 24 et 25, la décarbonatation peut être aussi complete que possible en raison du parfait mélange obtenu avec les gaz chauds provenant du générateur 11. A la figure 2 est représenté un circuit intermédiaire; les clapets 24 et 25 interdisant l'accès aux conduits 17 et 20, la matière arrive par le conduit 21 à l'entrée du carneau 10. Enfin, dans le cas de la figure 3, seul le conduit 16 est degagé, le clapet 24 interdisant l'accès aux conduits 20 et 21, et on retrouve la configuration normale de fonctionnement des installations de prétraitement. Toutes les allures intermediaires entre ces trois modes de fonctionnement peuvent être réalisées et modifiees en cours de marche de l'installation, par un réglage judicieux des clapets 24 et 25. Le procédé selon l'invention permet donc, entre autres avantages, une grande souplesse de marche. Le dispositif décrit peutêtre réalise avec des investissements relativement limités et conduit à une augmentation du debit du four; il permet l'utilisation de fuel à haute teneur en soufre, une augmentation de la duree de vie de la zone de cuisson du four; et une diminution des concrétions se formant à la base du conduit due fumée, cela en raison de la baisse des temperatures enamont du four. On notera que pour la constitution du carneau 10, il est possible dans certains cas d'utiliser la partie inférieure de la cheminee de tirage 30 (Figure 1), normalement prévue pour faciliter l'allumage du four rotatif et qui est ensuite mise hors circuit. Il suffit de prévoir des moyens de fermeture, non représentés, en 31, pour isoler cette partie inferieure du reste de la cheminee. Les caracteristiques de fonctionnement d'une installation de cimenterie actuellement existante et comportant des échangeurs à cyclones, avant et après la mise en place du dispositif décrit ci-dessus, sont données par le tableau n"l. La colonne 1 donne les caractéristiques de fonctionnement de l'installation de référence pour la production maximum compte tenu de son dimensionnement. Le taux de décarbonatation indiqué n'est pas susceptible diêtre modifié de maniere sensible et l'utilisation de fuel à basse teneur en soufre est rendue obligatoire pour les raisons indiquées précédemment. La colonne 2 donne les caractéristiques de fonctionnement de la même installation après la mise en place du dispositif; les points essentiels à retenir sont l'augmentation de la production, l'utilisation de fuel lourd à 3% de teneur en soufre, la possibilité de faire varier entre 35 à 90% le taux de décarbonatation par action sur les clapets 24 et 25 et sur la répartition des quantités de fuel brulées a la tuyère du four et dans l'échangeur. Les valeurs indiquées dans le tableau n01 correspondent aux conditions de fonctionnement avec le taux de décarbonatation le plus élevé Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion decrits et représentés. Elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. TABLEAU 1 Caractéristiques caractéristiques de l'installation de l'installation avant la mise en place après la mise en place du dispositif du dispositif Débit four (tonnes/jour) 1 300 1 500 Consommation calorifique (kcal/kg clinker) 820 820 Nature du fuel utilisé fuel B T S (0,5%5) fuel normal (3%S) Tuyère four 100% 35% Répartition fuel # Echangeur 0% 65% Taux de décarbonatation entrée four 35% 90% Température ( C) 1 050 900 Caractéristiques Dépression (mmH2O) 30-40 25-30 Sortie four (Raccord 3) # Débit gaz (Nm3/5) 19 17 Vitesse gaz (m/s) 16 13 O2 excédentaire (%) 1,5-2 12-13 Température ( C) 900 850 Caractéristiques Dépression (mmH2O) 80-90 100-110 Haut du conduit # Débit gaz (Nm3/s) 20 25 de fumées (4) Vitesse gaz (m/s) 22 26 O2 excédentaire (%) 1,5-2 1,5-2 REVENDICATIONS 1.- Procéde de prétraitement de matière première de cimenterie comprenant chauffage, déshydroxylation et décarbonatation de cette matière, les solides suivant un trajet descendant dans une batterie de cyclones superposés pour aboutir dans un four rotatif de clinkérisation, et rencontrant un courant ascendant de gaz provenant de ce four, la matière étant ainsi préalablement sé chée et déshydroxylée et en partie au moins décarbonatée, procédé caractérisé en ce que le chemin d'amenée des solides entre l'avant-dernier cyclone et le dernier cyclone est réglé en fonction du taux de carbonatation de ces solides au départ de cet avant-dernier cyclone. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé-en ce que sur le trajet des gaz quittant le four rotatif, on injecte un combustible et un melange comburant chaud. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière à traiter est injectée dans le courant de gaz provenant du four rotatif en amont de la zone d'injection du combustible. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'injection de matière à traiter a lieu à proximité de la zone d'injection de combustible. 5.- Procedé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'injection du mélange comburant chaud se fait dans une zone inclinée et contribue à la fluidification des solides. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'injection de combustible se fait-dans une zone situee à proximité de l'arrivée des solides provenant du dernier cyclone et au-dessus de cette arrivée. 7.- Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection de combustible dans les gaz se fait dans une zone située à proximité de la sortie par laquelle ceux-ci quittent le four rotatif. 8.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ce dispositif faisant partie d'une installation de prétraitement de matière de cimenterie qui comprend une batterie de cyclones dont le dernier débouche à l'entrée d'un four rotatif de -clinkérisation, à la jonction de ce dernier avec un conduit de fumée aboutissant au dernier cyclone, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un carneau oblique raccordé audit conduit de fumées vers ladite jonction, un générateur d'un mélange comburant chaud debouchant dans ledit carneau, une série d'injecteurs de combustible disposés dans la zone de ladite jonction au-dessus du debouché du dernier cyclone, et un répartiteur partant de la sortie de l'avant-dernier cyclone et comprenant au moins trois branches munies chacune d'un clapet obturateur réglable et debouchant l'une selon un trajet court dans le conduit de fumées, et les autres dans le carneau en des emplacements espacés de ce dernier, l'un de ces emplacements étant situé à proximite du raccord de ce carneau avec ledit conduit de fumées. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le carneau est constitue par le tronçon initial d'une cheminée de tirage prévue, de ma niére connue en soi, pour faciliter l'allumage du four rotatif, des moyens de fermeture étant prévus pour isoler ce tronçon initial du reste de la che- mi née.