Brevet FR2279043A1 — publié le 19760213

L'invention a pour objet une installation de traitement thermique de matières pulvérulentes du type comprenant, en association, um four rotatif et un échangeur de chaleur. Ce type d'installation qui est maintenant largement dévoloppé, notamment en cimenteries, présente la caractéristique de permettre de récupérer une grande partie des calories contenues dans les gaz de sortie du feur et cela par la circulation à contre-courant dans l'échangeur de chaleur de ces gaz et du produit traité, celui-ci se présentant sous ferme d'une farine. Dans le cas particulier de la fabrication du ciment ou du traitement de produits minéraux analogues, on utilise netamment un échangeur dit à cyclones, qui a fait l'objet de différentes amélierations successives destinées à augmenter le rondement de l'ensemble. C'est ainsi que, dans certaines dispositions, on prévoit dans la tour de l'échangeur une chambre de combustion ou chambre de décarbonatation, équipée d'un ou plusieurs brûleurs auxiliaires et dans laquelle la matière subit, à la fin de son passage dans l'échangeur, une élévation brutale de température qui accélère la décarbonatation et faoilite do ce fait, l'opération do cuisson qui suit. Différentes variantes ont été proposées pour cette chambre do combustion qui consistent habituellement à faire arriver séparément dans ladite chambre la matière et l'air secondaire nécessaires aux brûleurs auxiliaires. Toutefois, ces dispositifs connus ont en commun l'imconvémient d'obliger la matière traitée dans l'échangeur à suivre un parcours assez complexe avant son introduction dans le four, ce qui entraîne généralement des risques do collage et d'obstruction, d'autant plus que la matière peut subir un début de clinkérisation dans la chambre de combustion et comporter des particules en phase pâteuse qui se collent facilement aux parois des conduits. Le but de la présente invention est de suppri-er ces inconvénients. L'installation objet de l'invention est caractérisée on ce que la chambre do combustion est raccordée au four soit directement soit par un conduit do grosse section età forte pente et la matière préchauffée est introduite dans la partie supérieure de la chambre de combustion et descend par gravité jusque dans le four on suivant, à travers la chambre, une trajectoire qui rencontre la trajectoire de la flamme du brûleur. La matière entrainée hors de la chambre par les gaz d'échappement est séparée de ceux-ci et renvoyée dans la chambre. Suivant un mode de réalisation, la chambre de combustion a une forme de révolution, son axe est horizontal et le conduit qui la relie au four se raccorde tangentiellesent à sa paroi; elle peut entre cylindrique ou sphériques Le conduit qui amène les gaz d'échappement à l'échangeur de chaleur est raccordé a la paroi de la chambre près de son axe ou sur son axe. Le brûleur peut être placé dans l'axe de la chambre, à l'opposé de la sortie des gaz1 ou sur la périphérie do la chambre suivant une direction sensiblement radiale.L'air secondaire peut être injecté dans l'ase de la chambre, à l'opposé de la sortie des gaz, ou sur sa périphérie, ou dans le conduit reliant la chambre au four. La chambre de combustion peut aussi être placée en alignement avec le four ou être constituée par une portion élargie du four. Dans le cas ou le échangeur de chaleur est du type à cyclones, la sortie des gaz d'échappement do la chambre de combus- tion est, reliée à l'entrée du dernier cyclone de l'échangeur dont la sortie des matières débouche dans la chambre de combustion, et les conditions d'écoulement des gaz d1 échappement sont choisies pour assurer un recyclage dune fraction de la ratière a travers le dernier cyclone La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, àtitre de exemple non limitatif, quelques modes de réalisation do l'invention Sur ces dessins La figure 1 représente schématiquement, en élévation, une installation de traitement thermique suivant l'invention; La figure 2 est une coupe suivant la ligne A-B de la figure 1;; La figure 3 montre une variante de la figure 1; La figure 4 montre une autre variante de la figure I; La figure 5 est une vue suivant F de la figure 3; La figure 6 montre une variante de la figure 5; et 1 La figure 7 montre encore une autre variante. L'installation de la figure 1 comprend, suivant l'inven- tion, un four rotatif 1 avec un refroidisseur associé 2, le tout précédé d'un échangeur de chaleur désigné d'une manière générale par 3. Cet échangeur comporte un certain nombre d'étages de cy clones superpesés 4, 4', 4", etc, dans lesquels les matières pre mières introduites à la partie supérieure en 5, circulent d'une manière connue à contre-courant avec les gaz d'échappement du four 6 qui sont aspirés au moyen d'un exhausteur 7. L'installation comporte un brûleur principal 8 dispesé à l'une des extrémités du four 1, d'une manière classique, et un deuxième brûleur 9 monté dans une chambre cylindrique 10 placée à l'extrémité oppesée du four. Cette chambre est reliée au four, à sa partie inférieure, par un conduit de liaison incliné de très large section 21. Cette chambre 10 reçoit, à sa partie supérieure, en 11, la matière venant du cyclone 4", tandis que le brûleur auxiliaire 9 est disposé sensiblement suivant l'axe de cette chambre, à l'une de ses extrémités, de telle sorte que la flamme et le jet de ma tière ont deux trajectoires convergeant vers le centre de la cham bre. Du même côté que le brûleur auxilimire 9, débouche une gaine 12 par laquelle arrive l'air secondaire do combustion 13 du brûleur 9 qui est prélevé sur le refroidisseur 2 ou plus exactement sur la pièce de liaison 14 qui réunit le refroidisseur 2 au feur 1, suivant une disposition connue. A l'extrémité opposée à cette gaine 12 et au brûleur 9, la chambre 10 comporte une ouverture de sortie 15 qui est reliée par une gaine 16 au cyclone 4". On voit que, suivant cette disposition, la matière ali mentée en 5 en haut de l'échangeur, s'échauffe par passage successif à contre-courant avec les gaz du four dans les cyclones i, 4' et 4", puis est introduite en 11 dans la chambre 10 où se partait sa préparation. La disposition do cette chambre pormet à la matière ainsi traitée de tember directemont dans le four 1. Les dispositions respectives du brûleur 9 de la gaine 12 et de la gaine 16, par rappert à la chambre 10, pouvent varier, mais on constatera que, suivant l'invention, d'une part, la teta lité de la matière passe obligatoirement au contact de la flamme du brûleur 9 et d'autre part, il existe un taux do recirculation obligé par la gaine 16 qui dépend précisément des conditions do tirage de l'échangeur. En effet, la totalité des gaz de la chambre 10 entraîne avec elle, à travers l'orifice 15, un cortain pourcentage de ma tière, lequel pourcentage dépend de la vitesse des gaz au niveau de cet orifice0 On voit donc que, plus le régime du four est pous sé, plus le taux de recirculation de la matière dans la chambre 10 est grand et plus est grand, par conséquent, le taux de décarbonatation ou de pré-traitement de la matière. Par ailleurs, le conduit de liaison 21 entre le four 1 et la chambre 10, offre des parois verticales ou très inclinées à la matière qui passe dans le four, évitant ainsi tout risque d'ac- crochage de la matière. Dans la variante de la figure 3, la gaine d'amenée 12 de l'air secondaire à la chambre 10 débouche à la partie inférieure de celle-ci, et est sensiblement tangentielle en 17, tandis que le brtleur 9, toujours dirigé vers l'axe de la chambre 10 est disposé presque parallèlement à cette gaine 12, mais dans le plan de la tubulure d'amenée de matière, de manière à avoir une convergence de la flamme et du flot de matière, comme précédemment. Suivant la variante de la figure 4, la même gaine 12 débouche en 18 dans le conduit de liaison 21 entre la chambre 10 et le four 1, de telle sorte que l'air auxiliaire se trouve mieux mélangé au gaz du four avant de pénétrer dans la chambre de trai tersent 10. D'autres for-as de chambras coniques, tronconiques, etc... peuvent entre envisagées, ainsi que d'autres dispositions d'entrée et de sortie des gaz, que celles représentées. En particulier, comme le montre la figure 6, la chambre 10 peut avantageusement avoir une forme sphérique qui assure la répartition la plus homo- gène des températures dans tout le volume intérieur. La chambre 10 pourrait entre placée dans l'alignement du four, le brûleur étant disposé, par exemple, dans l'axe du four. Suivant la variante de la figure 7, la chambre de cem- bustion est constituée par une portion de grand diamètre 20 du four rotatif et le brûleur auxiliaire 9 est disposé dans la bote d'entrée 21 du four, c'est-à-dire à l'opposé du brûleur principal 8. L'air secondaire amené par la conduite 12 entre dans le four par un joint tournant 22, à la naissance de la zone élargie de la virole du four. La matière sortant du cyclone 4" est introduite dans la portion 20 du four, par exemple au moyen. d'écopes solidaires du four. Enfin, le four et la chambre de combustion suivant l'invention ne sont pas nécessairement associés à un échangeur à cyclones , et s'ils ne le sont pas la matière est alimentée direc taxent en 11 dans la chambre 10. R E V E N D I C A T I O N S 10 installation pour la traitement thermique de matières pulvéru lentes notamment pour la fabrication du ciment, comportant un four tubulaire rotatif, un échangeur où la matière est chauffée au moyen des gaz de échappement du four et une chambre de combus tion munie d'au moins un brûleur et placée en amont du four, en considérant le sens de circulation de la matière, caractérisée en ce que la chambre de combustion est raccordée au four, soit directement, soit par un conduit de grosse section et à forte pente et la matière préchauffée iatroduite dans la partie supé rieur de la chambre descend par gravité jusque dans le four en suivant, à travers la chambre, une trajectoire qui coupe la trajectoire de la flamme du brtleur 2.Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière entrainée hors de la chambre de combustion pour les gaz de échappement est séparée du courant gazeux et renvoyée dans la chambre de conbustion. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de combustion a une forme de révolution, son axe étant horizontal et le conduit qui la relie au four est raccordé tungentiellement à la paroi de la chambre. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la chambre de combustion comporte une sortie des gaz située sur son axe ou près de son axe. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le brûleur est placé dans l'axe de la chambre, à l'opposé de la sortie des gaz. 60 Installation selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que le brûleur est placé sur la périphérie de la chambre, suivant une direction sensiblement radiale. 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la chambre de combustion comporte une entrée d'air secondaire située à l'opposé de la sortie des gaz. 8. Installation selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que le air secondaire est introduit à la périphérie de la chambre ou dans le conduit qui la relie au four. 9. Installation selon la revendication 1, 2, ou 3, caractérisée ce que la chambre de combustion a la forme d'un tambour à axe horizontal. 10. Installation selon la revendication l, 2, ou 3, caractérisée en ce que la chambre de combustion est sphérique. ll.Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de combustion est placée dans l'alignement du four. 12.Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de combustion est constituée par une portion élargie du four. 13.Inntallation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que le brûleur de la chambre de combustion est placé suivant l'ase du four, 14.Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'air secondaire utilisé dans la chambre de combustion est admis dans le four par un joint tournant situé à la naissance de la portion élargie du four. 15.Installation selon les revendications 1 et 2 dans laquelle le échangeur est du type à cyclones, caractérisée en ce que la sortie des gaz d'échappement de la chambre de combustion est reliée à l'entrée du dernier cyclone de le échangeur dont la sortie des ratières débouche dans la chambre de combustion, et les conditions d'écoulement des gaz d'échappement sont choi siens peur assurer un recyclage d'une partie de la matière à travers le dernier cyclone.