Brevet FR2314154A1 — publié le 19770107

La présente invention concerne les installations pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un four, un préchauffeur où la matière crue est chauffée par les fumées du four,-une chambre de précalcination placée entre le préchauffeur et le four et un refroidisseur de clinker. Dans les installations connues de ce type, l'air secondaire utilisé dans la chambre de-précalcination provient généralement du refroidisseur, ce qui permet de récupérer une partie des calories du clinker. Cet air peut être amené à la chambre de précalcination à travers le four. Cette solution conduit à admettre dans le four un excès d'air très-important par rapport- aux besoins stoechiométriques du four, ce qui se traduit par une diminution considérable de ses performances, l'écart entre les températures des gaz et de la matière, qui est le paramètre moteur du transfert thermique, étant fortement diminué. Une autre solution consiste à amener l'air secondaire à la chambre de précalcination, à la température de sortie du refroidisseur, habituellement comprise entre 650 et 8000C, dans une conduite courant le long du four.Quoique thermiquement plus satisfaisante, cette solution présente les inconvénients suivants: -pour équilibrer les débits, et par conséquent, la répartition de l'air secondaire entre le four et la conduite d'a limentation de la chambre de précalcination, il est indispensable de créer sur le circuit du four, entre celui-ci et la chambre, une perte de charge supplémentaire au moyen d'un etranglement; par ailleurs, un opercule créant une perte de charge variable sur la conduite d'air secondaire permet d'ajuster les débits. Cette perte de charge supplémentaire sur le circuit des fumées conduit à une augmentation de la puissance de ventilation et risque d'entraîner des colmatages. - malgré l'existence de cette perte de charge supplémentaire sur le circuit des fumées, et compte tenu de la nécessité d'en limiter la valeur, la perte de charge admissible dans la conduite d'air secondaire est faible. Il faut donc donner à cette conduite une section importante, de l'ordre de grandeur de celle du four, ce qui conduit à un coût élevé, à des pertes de chaleur appréciables par les parois et à une vitesse limitée de l'air y circulant avec, en consequence, le risque de dépôt des poussières entraînées par l'air. La pente de cette conduite étant forcément limitée, ces dépôts risquent de provoquer une augmentation progressive de la perte de charge entraînant, dans le temps, une modification de la répartition des débits d'air entre le four et la chambre de précalcination. Pour éviter ces difficultés, une troisième solution a été adoptée; elle consiste à prélever l'air sur le refroidisseur à un nive-au thermique sensiblement plus faible pour pouvoir le véhiculer au moyen d'un ventilateur. il n'est plus alors nécessaire de créer une perte de charge supplémentaire sur le circuit des fumées, l'air peut être transporté à la vitesse voulue pour éviter les dépôts de poussières, et la répartition des débits d'air entre four et chambre de précalcination se-fait par réglage du ventilateur ou d'un registre placé sur la conduite d'amenée d'air. Toutefois, ces avantages-sont obtenus-au détriment de la consommation thermique,- car pour pouvoir être véhiculé par un ventilateur,l'airdoit être prélevé sur le refroidisseur à une température ne dépassant pas 400 à 450 C. La solution selon la présente- invention combine les avantages des deux dernières solutions : elle permet une récupération maximale de calories du clinker et un réglage facile des débits d'air secondaires alimentant le four et la chambre de précalcination. Elle consiste à placer sur le circuit d'air à haute température prélevé sur le refroidisseur, en amont du ventilateur véhiculant cet air, un échangeur où l'air~est refroidi par échange indirect au moyen de l'air secondaire alimentant la chambre de précalcination qui- est ainsi porté à une température voisine de celle de l'air sortant du refroidisseur. L'air secondaire alimentant la chambre de précalcination peut être de l'air frais et, dans ce cas, l'air refroidi dans l'échangeur est avantageusement recyclé dans le refroidisseur de clinker. De préférence, on utilise comme air secondaire l'air prélevé sur le refroidisseur de clinker et, dans ce cas, cet air est soumis à un refroidissement supplémentaire à la sortie du circuit chaud de l'échangeur et est envoyé dans le circuit froid du même échangeur où il est réchauffé avant d'être amené à la chambre de précalcination, le ventilateur assurant la circulation de l'air étant placé en aval du circuit chaud de l'échangeur et avantageusement en aval du dispositif de refroidissement supplé mentaire. Le dispositif réalisant e refroidissement supplémentaire peut être constitué par une chaudiere où les calories cédées par l'air servent à produire de la vapeur. Ce refroidissement supplémentaire peut également être réalisé par injection d'eau dans le courant d'air, par mélange d'air frais ou par échange indirect avec un courant d'air frais qui peut ensuite être avantageusement utilisé dans le refroidisseur clinker. Un dispositif de depoussîérage est placé en amont de l'échangeur sur le circuit de l'air prélevé sur le refroidisseur. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui illustrent, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels - la figure 1 est le -schéma d'une installation réalisée conformément à l'invention; et - la figure 2 est le schéma d'une autre installation réalisée conformément à l'invention. L'installation de la figure 1 est constituée essentiellement par un four rotatif 10, une chambre de précalcination 12, un préchauffeur à cyclones 14 représenté sartiellement, et un refroidisseur de clinker 16. Les matières premières sont tout d'abord chauffées dans le préchauffeur 14 au moyen des fumées du four et de la chambre de précalcination, puis calcinées, au moins partiellement, dans la chambre 12 avant d'être introduites dans le four où la calcination est complétée, si nécessaire, et où se produit la clinkéri- sation. Le clinker sortant du four rotatif est refroidi au moyen dfair frais dans le refroidisseur 16. Un brûleur 18 fournit les calories nécessaires au four 10; il utilise comme air secondaire une partie de l'air chaud sortant du refroidisseur. L'autre partie est utilisée comme air secondaire dans la chambre de précalcination. Un ventilateur 20 véhicule l'air chaud du refroidisseur vers la chambre de précalcination. Cet air qui est prélevé à haute température sur le capot de chauffe du four est refroidi avant de passer dans le ventilateur. Pour cela, on utillse deux échangeurs 22 et 24 en série. L'échangeur 22 permet un échange thermique indirect entre deux fluides et comporte deux circuits indépendants dont l'un (le circuit chaud? est parcouru par l'air chaud sortant du refroidisseur. Un cyclone dépoussiéreur 26 est placé en amont de l'échangeur pour réduire les risques d'usure des surfaces d'échange et de colmatage du circuit de l'échangeur. L'autre circuit (circuit froid) de l'échangeur 22 est parcouru par l'air refoulé par le ventilateur 20 et qui est ainsi réchauffé avant d'entrer dans la chambre de précalcination. L'échangeur 24 peut être du type à échange indirect, le circuit froid de cet échangeur étant alors parcouru par de l'air frais prélevé à l'atmosphère et qui est ensuite utilisé dans le refroidisseur comme représenté. L'échangeur 24 peut être remplacé par une chaudière produisant de la vapeur d'eau à basse pression pour bénéficier d'un écart de température moteur important avec un bon coefficient d'échange du côté eau. En variante, l'échangeur 24 peut être supprimé, le refroidissement supplémentaire étant réalisé par dilution du courant d'air par un fluide froid. Ce fluide froid peut être de lwair ou de l'eau atomisée; dans ce dernier cas, la chaleur de vaporisation n'est pas récupérable, mais les débits d'eau en jeu sont beaucoup plus faibles que lorsqu'on utilise une chaudière et l'investissement est plus faible. Grâce à cette disposition, l'air passant dans le ventilateur a une température suffisamment basse pour que celui-ci ne soit pas détérioré et la température de l'air admis dans la chambre de précalcination reste relativement élevée. Aux pertes thermiques près, la température de l'air secondaire admis dans la chambre de précalcination est égale à la température de l'air sortant du refroidisseur 16, diminuée de la chute de température h T dans l'échangeur 24. A A titre d'exemple, si on prend T = 100 C, la tempé- rature de l'air à la sortie du refroidisseur étant de 770 C, et si on s'impose une température de 400"C au niveau du ventilateur, on obtiendra les températures suivantes aux points caractéristiques du circuit . Entrée du circuit chaud de l'échangeur 22 .,, 770 C. . Sortie du circuit chaud de l'échangeur 22 ... 500 C. . Sortie de ltéchangeur 24 .s 400 C. . Sortie du circuit froid de l'échangeur 22 ... 670 C. Une vanne 28 permet de régler le débit d'air secondaire alimentant la chambre de précalcination et, par conséquent, la répartition de l'air du refroidisseur 16 entre cette chambre et le four. La chute de température #T peut être réglée pour maint nir à une valeur de consigne la température de itair au niveau du ventilateur, par exemple par réglage du débit de fluide réfrigé- rant. Dans la variante de la figure 2, itair sortant du refroidisseur de clinker 16 passe dans un échangeur 30 où il cède une partie de ses cal?ries, -par échange indirect, àde ltair frais qui est utilisé comme air secondaire dans la chambre de pré- calcination 12. A la sortie de l'échangeur 30, l'air refroidi est recyclé dans le refroidisseur 16. L'air secondaire-utilisé dans la chambre 12 est véhiculé par un ventilateur 32 placé en amont de ltechangeur. A titre d'exemple, on peut réchauffer l'air secondaire de 20 à 670 C au moyen d'air prélevé à une température de 770 C sur le refroidisseur, cet air sortant de l'échangeur 30 à 1200C environ. R E V E N D I C A T i O N S 1 - Installation pour la fabrication du ciment, par voie sèche comportant un four, un préchauffeur où la matière crue est chauffée par les fumées du four, une chambre de précalcination placée entre le préchauffeur et le four et un refroidisseur de clinker, l'air secondaire utilisé dans la chambre de combustion et dans le four étant réchauffé au moyen des calories du clinker, caractérisée en ce qu'eLLe comporte un échangeur à échange indirect comprenant deux circuits indépendants parcourus respectivement par un fluide chaud et un fluide froid et dans lequel l'air secondaire utilisé dans la chambre de précalcination est réchauffé au moyen d'air à haute température prélevé sur le refroidisseur de clinker au moyen d'un ventilateur placé en aval de l'échangeur. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'air secondaire alimentant la chambre de précalcination est de l'air frais prélevé à l'atmosphère au moyen d'un ventilateur qui le refoule dans le circuit froid de l'échangeur èt l'air sortant du circuit chaud de l'échangeur est recyclé dans le refroidisseur de clinker. 3 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'air secondaire alimentant la chambre de précalcination est de l'air prélevé sur-le refroidisseur de clinker et qui, après être passé dans le circuit chaud dudit échangeur, traverse un dispositif où il est soumis à un refroidissement supplémentaire puis est envoyé dans le circuit froid du même échangeur, le ventilateur assurant la circulation de l'air étant placé en amont du circuit froid de l'échangeur et, de préférence, en aval du dispositif de refroidissement supplémentaire. 4 - Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement supplémentaire de l'air est constitué par une chaudière où les calories cédées par l'air servent à produire de la vapeur d'eau à basse pression 5 - Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le refroidissement supplémentaire de l'air est réalisé par échange indirect avec de l'air frais qui est ensuite envoyé dans le refroidisseur de clinker. 6 - Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le refroidissement supplémentaire de l'air est réalisé par injection d'eau dans le courant d'air. 7 - Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le refroidisseent supplémentaire est réalisé par mélange d'air frais à l'air prélevé sur le refroidisseur de clinker. 8 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un dispositif de dépoussiérage est placé en amont de l'échangeur sur le circuit de l'air prélevé sur le refroidisseur de clinker.