Brevet FR2272359A1 — publié le 19751219

La présente invention concerne les installations pour la cuisson à haute température d'une matière pulvérulente comportant un échangeur de tete assurant le prechauffage de la matière, un four de cuisson et un refroidisseur et dans lesquelles la matière progresse globalement à contre-courant dlun flux gazeux avec lequel se font les échanges thermiques. Généralement, on utilise un préchauffeur du type à cyclones car les transferts thermiques entre matière-et gaz y sont particulièrement rapides et intenses, leur capacité calorifique par unité de volume est très grande, et ils ne comportent pas de pièces en mouvement. Pour une capacité d'échange donnée, ce type d'échangeur correspond à un-investissement et a' des frais d'exploistation minimaux. Mais le domaine d'emploi de ces échangeurs est limité par L'apparition dans la matière, aux températues élevées, phases liquides. A ces temperatures, les échanges thermiques ne peuvent avoir lieu que dans un échangeur dynamique, tel qu'un four rotatif, dans lequel la matière constitue un talus. La capacité d'rechange calorifique par unité de volume de tels fours est relativement faible et, pour une capacité donnée, leur coût dtin- vestissement et d'exploitation est relativement élevé. Il résulte de ces considérations, que l'on a intérêt à transférer à la matière dans ltéchangeur de tette le maximum de chaleur avant apparition -des phases liquides. En particulier, pour la cuisson d'un cru de cimenterie, on doit chercher à réa- liser dans l'échangeur de tete une décarbonatation quasi totale du cru.Le calcul montre que si l'apport calorifique permettant de réaliser cette condition est fait en totalité dans le four, les gaz d'échappement du four pénètrent dans ltéchangeur de tete à une température trop élevée pour les organes qui lui sont exposés On est donc conduit à fractionner rapport calorifique entre le four et ltéchangeur de tete. Cet apport est réalisé au moyen de brûleurs en utilisant comme air secondaire l'air chaud sortant du refroidisseur. Si on fait transiter par le four ltair secondaire nécessaire au brûleur placé en amont du four on abaisse le niveau thermique des gaz dans le four et, par conséquent, on doit augmenter le volume d'échange pour un transfert calorifique donné. Pour éviter cette augmentation du volume du four, on amène l'air du refroidisseur au brûleur placé en amont du four par une conduite placée en parallèle sur le four Le calcul montre que la décarbonatation de la matière première dans l'échangeur de tête est optimale lorsque les débits d'air secondaire utilisés pour les brûleurs placés dans le four en amont de celui-ci, respectivement, sont sensiblement égaux. Comme la température de l'air sortant du refroidisseur (700-8000C) interdit pratiquement l'installation d'ur ventilateur sur la con- duite amenant l'air du refroidisseur au brûleur placé en amont du four, les pertes de charge dans la conduite et dans la portion du circuit des gaz du four en parallèles sur celle-ci doivent etre du meme ordre de grandeur pour un même débit de gaz. Pour cela, on peut évidemment utiliser une conduite de forte section, mais cette solution entraîne une augmentation des investissements. Une autre solution consiste à augmenter artificiellement les pertes de charge dans le circuit des gaz du four par un diaphragme généralement placé à la sortie des gaz du four cette perte de charge additionnelle entraîne une augmentation de la consommation d'énergie utilisée pour la ventilation. Le but de la présente invention est de limiter les pertes de charge additionnelles sur le circuit des gaz du four, tout en conservant une section minimale pour la conduite amenant l'air du refroidisseur au brûleur placé en amont du four. Le perfectionnement objet de l'invention consiste à entraîner l'air secondare alimentant le brûleur placé en amont du four par l'impulsion d'un fluide moteur à grande quantité de mouvement. La grande quantité de mouvement du fluide moteur peut etre obtenue, soit par un débit massique élevé à vitesse relativement faible, soit par un débit massique faible à vitesse relativement élevée. Le fluide moteur peut etre constitué soit par l'air pri du bruleur, maire/soit par les gaz d'échappement du four. Suivant un premier mode de réalisation la conduite draie secondaire est raccordée à la conduite reliant le four à ltéchangeur de tete par unetuyère divergente et le brûleur est placé dans 11 axe de la conduite d'air secondaire, en aval de la tuyère, de telle sorte que sa tiite se trouve approximativement au col de la tuyère. L'axe de la tuyère est peu incliné sur l'axe de la conduite reliant le four à 1'échangeur de tete de façon que les gaz sortant de la tuyère aient une composante de vitèsse faible perpendiculairement à l'axe de ladite conduite De préférence la conduite d'air secondaire est raccordée à la conduite de sortie des gaz du four par deux tuyères disposées symétriquement par rapport à l'axe de cette dernière conduite pour limiter l'effet nocif des courants de gaz et de matière sur ces parois. Suivant un autre mode de réalisation, la conduite d'air secondaire est raccordée au col d'une tuyère convergente-divergente constituant une portion de la conduite reliant le four à l'échangeur de-tête La conduite d'air secondaire est raccordée à la tuyère par un coude de façon que l'axe du courant d'air secondaire soit sensiblement tangent à l'axe de la tuyère. Le brû- leur est également placé au col de la tuyère. La description qui suit se refère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, deux modes de réalisation de ltinvention, et sur lesquels La figure 1 représente schématiquement une installation réalisée conformément-à l'inven$ion La figure 2 est une vue, à plus grande échelle, d'une partie de l'installation de la figure 1 ; et La figure 3 illustre une variante. L'installation représentée sur la figure t est constituée par un préchauffeur comportant quatre cyclones i à 4, un four rotatif 12 et un refroidisseur 14. La matière première à traiter est introduite en A dans la conduite reliant les cyclones 1 et 2 où circule un courant de gaz qui I'entrane dans le cyclone 1. Dans celui-ci la matière est séparée du gaz pour être introduite dans la conduite reliant les cyclones 2 et 3 où elle est entravée jusqu'au cyclone 2. La matière passe ainsi successivement dans tous les cyclones, avant autre introduite dans le four, en rencontrant des gaz de-plus en plus chauds. Le courant gazeux circulant dans les cyclones est constitubé, en partie par les gaz d'échappement du four-et, en partie, par des gaz de combustion injectés au moyen des tuyères 16 dans la conduite 18 reliant le capot de fumées du four à l'entrée du cyclone 4 de ltéchangeur. Comme on le voit sur la figure 2, les tuyères 16 qui sont disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe de la conduite 18 sont divergentes et sont reliées à une conduite 20 qui amène aux tuyères de l'air en provenance du refroidisseur Les axes des tuyères sont peu inclinés sur l'axe de la conduite i8, et les gaz de combustion entrent dans la conduite t8 avec une vitesse ayant une composante de meme sens que la vitesse des gaz d'échap- pement du four. Des brûleurs 22 injectent à grande vitesse un combustible et de ltair primaire au col des tuyères dans le sens de ltécou- lement de l'air secondaire. Ce dispositif fonctionne comme un éjecteur et permet de mettre en vitesse l'air secondaire. On peut régler le débit d'air secondaire à la valeur optimale en modifiant la pression de l'air primaire. La matière sortant du cyclone 3 est introduite dans la enduite 18 en amont des tuyères et reçoit donc les calories fournies par les brûleurs 22 avant de pénétrer dans le cyclone 4 où elle est séparée du courant gazeux pour etre introduite dans le four. Dans le four la matière est chauffée par des gaz chauds produits par un brûleur 24. A sa sortie du four elle est refroidie dans le refroidisseur 14 au moyen d'air frais. L'air chaud sortant du refroidisseur est utilisé comme air secondaire dans les tuyères et dans le four. La figure 3 montre une variante dans laquelle la conduite 18t reliant le four 12t au cyclone 4t du préchauffeur constitue une tuyère convergente-divergente et la conduite 20' provenant du refroidisseur est raccordée au col de la tuyère. Le raccord est effectue au moyen d'un coude de telle sorte que la ligne axiale du courant dtair secondaire soit sensiblement tangente à l'axe de la tuyère au voisinage du col. On transfère ainsi à l'air secondaire une partie de 1anergie mécanique des gaz d'échappement du four. La partie divergente de la tuyère permet de récupérer en pression l'énergie cinétique du mélange gazeux. Un brûleur 40 est également monté au col de la tuyère et permet d'injecter un combustible dans le courant des gaz d'échappement du four. La matière sortant du cyclone 3 t, non représenté, est introduite dans la conduite 18', en amont de la tuyère. L'invention est notamment applicable à la fabrication du ciment par voie sèche. R-E V E N D I C A T I 0 N S i. Installation pour la cuisson à hautes températures d'une matière pulvérulente comportant un échangeur de tete assurant le préchauffage de la matière, un four de cuisson, un refroidisseur et un brûleur qui fournit un supplément de chaleur à la matière en amont du four et qui est alimenté en air secondaire par le refroidisseur, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour communiquer à 1 air secondaire alimentant le brûleur 1 timpul sion d'un fluide moteur à grande quantité de mouvement. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide moteur est constitué par l'air primaire alimentant le brûleur. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide moteur est constitué par les gaz d'échappement du four. 4. Installation selon la revendication 1 et 2, caractérisée en ce que la conduite d'air secondaire est raccordée à la conduite re liant le four à l'échangeur de tête par une tuyère divergente orientée de telle sorte que la vitesse des ga qui en sortent ait une composante de meme sens que la vitesse des gaz du four, et le brûleur est placé à l'arrière dè la tuyère, dans l'axe de celleci, de telle sorte que sa tête se trouve approximativement au col de la tere pour y injecter un combustible et de l'air primaire dans le sens d'écoulement de l'air secondaire. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'axe de la tuyère fait un angle faible avec l'axe de la conduite reliant le four à l'échangeur de toto. 6. Installation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la conduite d'air secondaire est-raccordée à la conduite des gaz du four par deux tuyères divergentes-disposées symétriquement par rapport à l'axe de cette dernière conduite et chaque tuyère est équipée d'un brûleur. 7. Installation selon la revendication 1 et 3, caractérisée en ce que la conduite d'air secondaire est raccordée au col d'une tuyère convergente-divergente constituant une portion de la conduite reliant-le four à l'échangeur de toto et le brûleur est placé au col de la tuyère. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la conduite d'air secondaire est raccordée au col de la tuyère par un coude de façon que l'axe du courant d'air secondaire soit sensiblement tangent à l'axe de la tuyère.