Brevet FR2334641A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne la fabrication du ciment par voie sèche dans des installations comportant un four tubulaire rotatif, un préchauffeur où les matières crues sont chauffées par les fumes du four et éventuellement d'une chambre de calcination placée en amont du four, en considérant le sens de circulation des matières, et un refroidisseur où le clinker sortant du four est refroidi par de l'air qui est ensuite utilisé comme air secondaire dans le four et éventuellement dans la chambre de calcination. Dans les installations classiques, le débit d'air secondaire nécessaire est insuffisant pour assurer le refroidis semant du clinker et on est obligé d'utiliser dans le refroidi seur de l'air en excès qui est rejeté à l'atmosphère ou qui est recyclé après avoir été refroidi par échange indirect avec de l'air- froid. Pour réduire la consommation calorifique de ces installations par une meilleure récupération de la chaleur sensible du clinker et éviter le rejet à l'atmosphère d'air poussiéreux ayant servi au refroidissement tu clinker, on a proposé de prêle- ver sur la zone chaude du refroidisseur de l'air a température élevée et de Itenvoyer soit dans une chaudwere, soit dans un - changeur où il cède ses calories à une fraction des matières crues, l'air refroidi étant recyclé dans le refroidisseur. Dans les solutions proposées l'air est prélevé sur le capot de chauffe du four, qui rt relié directement au refroidisc seur, et sa température est la éme que celle de l'air admis dans le four. Or, cette teipérature doit être limitée à 850 - 900 C si on veut éviter les problèmes de tenue mécanique du joint entre capot et four et de tenue du réfractaire de la tuyère du four. Le but de la présente invention est d'améliorer ces solutions en augmentant-la température de l'air prélevé dans la zone chaude du refroidisseur et en effectuant une recirculation de l'air dans sa zone froide et d'apporter aux installations concernées des perfectionnements permettant la mise en oeuvre de ces améliorations. La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication du ciment par voie sèche caractérisé en ce que l'air frais introduit dans la zone froide du refroidisseur est amené à traverser plusieurs fois la couche de clinker, de façon à réaliser un échange thermique global à contre-courant, avant d'être intro duit dans la zone chaude du refroidisseur, et de l'air chaud est prélevé sur le refroidisseur, dans sa zone la plus chaude, à une température supérieure a 1000 C. L'air prélevé dans la zone chaude du refroidisseur peut être utilisé dans un échangeur pour chauffer une fraction des matières crues et dans ce cas il est renvoyé dans le refroidisseur à sa sortie de l'échangeur; il peut aussi être utilisé dans la chambre de calcination. L'air secondaire utilisé dans le four et ventuelle- ment dans la chambre de calcination est constitué par un mélange d'une faible fraction d'air à une température supérieure à l0ooC provenant de la zone la plus chaude du refroidisseur et d'une fraction importante d'air moins chaud provenant d'une zone située en aval de la première, en considérant le sens d'avancement du clinker. L'invention a dgalexent pour objet une installation pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un refroidisseur à grille relié au capot de chauffe du four de telle sorte que le clinker tombe du four sur la grille et caractérigEe en ce que la zone chaude du refroidisseur comporte une première chambre qui reçoit le clinker sortant du four et est séparée du capot de chauffe du four par un cloisonnement comportant une ouverture dont la section est choisie pour permettre le passage du clinker tombant du four tout en empêchant un écoulement notable d'air chaud de cette chambre vers le capot de chauffe et une seconde chambre située en aval de la première, en considérant le sens d'avancement du clinker, communique par un conduit avec le capot de chauffe du four, et des moyens sont prévus pour prélever de l'air chaud dans cette première chambre. Suivant un mode de réalisation particulier, ce cloisonnement a la forme générale d'une trémie dont les parois sont constituées par des voûtes en matériau réfractaire et le conduit est constitué par un tunnel reliant l'enveloppe du refroidisseur au capot de chauffe du four ét par une cloison, de préférence en forme de volte, qui s'appuie sur l'enveloppe du refroidisseur et se raccorde au cloisonnement, cette cloison servant aussi à sUpa- rer la première chambre de la seconde. Les fuites d'air chaud à travers l'ouverture du cloisonnement se mélangent à l'air moins chaud amené dans le capot de chauffe du four par le dit conduit et élèvent sa température à la valeur voulue. Ces fuites et, par conséquent, la température de L'air secondaire utilisé dans le four, peuvent être ajustées en réqiant convenablement la dépression dans le four et dans la première chambre. La zone froide du refroidisseur est divisée est au moins trois chambres qui sent reliées entre elles de telle sorte que l'air frais introduit à l'extrémité aval du refroidisseur passe successivement dans chacune d'entre elles avant d'être ad- mis dans la zone chaude. Les cloisons séparant les chambres successives peuvent être constituées par des replis de l'enveloppe du refroidisseur ou par des volets articulés sur des axes horizontaux et reposant sur la couche de clinker, L'installation peut comporter un échangeur de chaleur alimanté en air chaud à partir de la première chambre de la zone chaude du refroidisseur et seriant à traiter thermiquement une fraction des matières crues, une partie au moins de l'air sortant de l'échangeur étant renvoyé sous la grille dans la zone chaude du refroidisseur. L'alimentation en matières crues de l'échangeur peut être réalisée pneumatiquement au moyen d'air prélevé dans la zone froide du refroidisseur, une fraction de l'air sortant de I'é- changeur tant alors renvoyée sous la grille dans cette zone froi de. Les matières chaudes sortant de l'échangeur peuvent entre in sifflées dans le four par une tuyère au moyen d'air prélevé dans la zone froide du refroidisseur. La cheminée d'exhaure du refroidisseur est de préférence placée sur l'une des chambres de la zone froide. L'enveloppe du refroidisseur peut être refroidie par circulation d'air frais dans une chemise l'entourant ou dans des tubes qui Y sont fixés. La description qui suit se réfère aux dessins l'accom- pagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation de l'invention et sur lesquels : La figure 1 est une vue en élévation de la partie aval d'une installation conforme i l'invention sur laquelle le refroidisseur est représenté en coupe; La figure 2 est une vue en plan des appareils de la figure 1; La figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'une autre installation conforme à l'invention; La figure 4 est une vue en plan des appareils de la figure 3;; La figure 5 est une coupe suivant un plan vertical du capot de chauffe du four et du refroidisseur dans les installations des figures I à 4; La figure 6 est une vue analogue à la figure 5 illus- trant une variante; et La figure 7 est un graphique montrant l'évolution des températures de l'air et du clinker le long du refroidisseur. L'installation représentée partiellement sur les figures 1 et 2 comporte un four tubulaire rotatif 1, un préchauffeur et une chambre de calcination disposés en amont du four et non représentés, un refroidisseur de climker à grille et un échangeur 3 associé au refr@idisseur. Le refroidisseur de clinker comporte une grille 2 lé- gèrement inclinée sur l'horizontale et enfermée dans une envelop- pe. L'espace sous la grille est divisé en compartiments 5, 6, 7, Q, 22, 23, 27 et 28 et l'espace au-dessus de la grille ut divisé en chambres 9, 10, 11, 12, 24 et 29. Les cleisons entre les cham bres sont constituées par des replis de l'enveleppe. Celle-ci peut entre en tôle, non briquetée et refroidie par circulation d'air frais dans une chemise l'entourant ou dans des tubes qui y sont fixés.Cet air est soufflé par un ventilateur 34 et s'échappe par un. tuyauterie 35 reliée à une cheminée d'exhaure 36. La partie du refroidisseur constitué par les compar- piments 22, 23, 27 et 28 et les chambres 24 et 29 est la zone chaude désignée sur la figure 7 par l'expression "@one de prélèvement" parce qu'on y prélève 1 'air secondaire du four et de la chambre de calcination. La partie du refroidisseur constituée par les compartiments 5, C, 7 et 8 et les chambres 9, 10, 11 et 12 est la zone froide où la température moyenne du clinker et de l'air ne dépasse pas 500 C; cette zone est appelée "zone de recyclage" sur la figure 7 parce que le même volume d'air r traverse plusieurs fois la couche de clinter. Un ventilateur 13 souffle de l'air frais dans le com- partiment 5; cet air traverse la grille et la couche de clinker qu'elle supporte pour pénétrer dans la chambre 9 d'où il est aspiré, au moyen de la tuyauterie 14, par un ventilateur 15 qui le souffle dans le compartiment 6. I1 traverse à nouveau la grille et la couche de clinker, pénètre dans la chambre 10 d'où il est aspi re, au moyen de la tuyauterie 16, par un ventilateur 17 qui le souffle dans le compartiment 7. L'air est ensuite aspiré à gravez la grille et la couche de clink E par le ventilateur 19 qui le souffle dans le compartiment 8/par le ventilateur 21 qui le souffle dans les compartiments 22 et 23. De l'air frais peut éventuellement être mélangé à l'air aspiré par le ventilateur 21, de façon que la température de l'air soufflé dans les compartiments 22 et 23 n'excède pas 250 C environ. Les passages multiples de l'air à travers la couche de clinker permettent une récupération maximale des calories et la température moyenne de l'air dans la chambre 24 est voisine de 700' C. La chambre 29 qù la température est très élevie est séparée du capot de chauffe du four par un cloisonnement en forme de trémie 30 dont les parois sont constituées par des votes en matière réfractaire. L'ouverture percée dans ce cloisonnement est située dans la zone de chute du clinker et- sa section est juste suffisante pour permettre le passage du clinker, de façon qu'il nty ait pas découlement d'air notable de la chambre 29 vers le capot de chauffe. L'air à très haute température, de l'ordre de 1200 C, prélevé dans la chambre 29, est amené à l'entrée de l'échangeur 3 par une gaine 31 où il est utilisé pour chauffer et au moins partiellement décarbonater une fraction, de l'ordre de 15%, des matières crues. Cet échangeur comporte un cyclone inférieur, une tour d'échange à contre-courant et deux cyclones supérieurs branchés en parallèle. Les matières crues sont introduites en F dans les conduites amenant l'air de la tour aux cyclones supérieurs. En sortant de ces cyclones les matières sont introduites au sommet de la tour. Au bas de la tour, les matières sont amenées à la conduite 31 par une tuyauterie 38. Les matières sortant du cyclone inférieur sont soufflées dans le four par une tuyère 4 au moyen d'air prélevé sur la chambre 12 par un ventilateur 39. L'air sortant de l'échangeur par la conduite 26 est introduit dans les compartiments 27 et 28 par un ventilateur de tirage non représenté. Un faible débit d'air à très haute température passe à travers l'ouverture du cloisonnement 30 de la chambre 29 dans le capot de chauffe du four où il se mélange à l'air moins chaud provenant de la chambre 24 et amené par un conduit 25 constitué par un tunnel reliant 1'enveloppe du refroidisseur au capot de chauffe et par une voûte en matière réfractaire s'appuyant sur les parois latérales de l'enveloppe et raccordée au cloisonnement 30. Ce mélange dont la température est de l'ordre de 800" C est réparti entre le four et la chambre de calcination reliée au capot de chauffe par la conduite 32. Un ventilateur d'appoint d'air frais 33 peut alimem- ter le compartiment 28 si cela *'avère nécessaire pour refroidir plus énergiquement le clinker dans la zone de chute. La cheminée d'exhaure 36 située sur la chambre 12 permet, en cas d'avalanche, de souffler un grand débit d'air au moyen des ventilateurs 13, 15, 17 et 19 et d'en évacuer une partie à l'atmosphère. En fonctionnement normal, le registre 37 est fermé et il nry a pas d'air envoyé à l'exhaure; le rendement du refroidisseur est alors maximal. Dans le cas d'une marche poussée, si l'on veut réduire la température du clinker à la sortie du refroidisseur, le débit d'air frais soufflé dans le compartiment 5 peut être augmenté et un faible débit d'air peut être envoyé à l'exhaure; ce débit d'air sera d'autant plus faible que le nombre de recirculations dans la zone de recyclage sera plus grand. Les figures 3 et 4 montrent une installation prEsen- tant quelques différences avec celle des figures I et 2. Les élé- ments identiques ou remplissant la même fonction sont désignés par le même numéro de différence dans les deux installations. Dans cette installation, la zone de recyclage du refroidisseur ne comporte que trois chambres 9, 10 et 12, le com- partiment 6 est commun aux chambres 9 et 10 et le compartiment 8 est commun aux chambres 11 et 24, la chambre 12 et les compartiments 22 et 23 ayant été supprimés. Les chambres 9, 10, 11 et 24 sont séparées l'une de l'autre par des volets en acier ou en fonte 41, 42 et 43 qui sont articulés à leur partie supérieure sur des axes horizontaux et dont le bord inférieur repose sur la couche de clinker. Ces volets sont disposés sur toute la largeur de la grille et sont constitués d'éléments séparés permettant le passage d'un bloc sans détruire totalement l'étanchéité. L'air frais soufflé dans le compartiment 5 par le ventilateur 13 traverse la grille 2 puis la couche de clinker, pénètre dans la chambre 9, traverse en sens inverse la couche de clin ker et la grille pour pénétrer dans le compartiment 6 puis traver- an une troisième fois la grille et la couche de clinker et pénè- tre dans la chambre 10. Cet air dont la température est alors d'environ 200 C est aspiré par le ventilateur de tirage de l'é- changeur et amené par la conduite 4Q à l'entrée des cyclones su- périeurs de l'échangeur 3. Les matières crues qui sont traitées dans I' échangeur sont introduites en F' dans la conduite 40 et sont transportées pneumatiquement jusqu'aux cyclones supérieurs de l'échangeur. L'air sortant de l'échangeur est envoyé par un veuti- lateur de tirage non représenté et par le ventilateur 19 dans les compartiments 7, 27 et 2B; de l'air frais peut être mélangé à l'air sortant de l'échangeur. L'air introduit dans le compartiment 7 traverse la grille et la couche de clinker pour pénétrer dans la chambre 11, puis traverse en sens inverse la couche de clinker et la grille et pénètre dans le compartiment 8 d'où il passe dans la chambre 24 après aveir traversé une troisième fois la grille et la couche de clinker. Ce mode de circulation de l'air permet, d'une part, de réduire le nombre de ventilateurs et, d'autre part, supprime le problème de 1'abrasion des pales de ventilateur par la poussière de clinker. Comme dans l'installation précédente, l'air chaud prélevé dans la chambre 29 à une température de l'ordre de 1200 C est utilisé dans l'échangeur pour traiter une fraction des satiè- res crues. Un faible débit d'air chaud passe de la chambre 29 dans le capot de chauffe du four où il se mélange à l'air provenant de la chambre 24, ce mélange tant utilisé comme air secondaire dans le four et la chambre de calcination. Dans cette installation, la cheminée d'exhaure est placée sur la chambre 10 et l'air servant à insuffler les matières dans le four, par la tuyère 4, est prélevé dans la chambre 11 par le ventilateur 39. La figure 6 est une vue en coupe transversale, par un plan vartical, du capot de chauffe et du refroidisseur illustrant une variante de réalisaton dans laquelle l'air chaud utilisé dans l'échangeur est prélevé dans la chambre 29 par deux gaines 31' disposées symétriquement par rapport au plan médian du refroidis- seur, la conduite 32' reliant le capot de chauffe à la chambre de calcination débouchant dans ce plan. La figure 7 donne, à titre d'exemple, les courbes de variation des températures de l'air et du clinker (CK) le long de la grille du refroidisseur, dans l'installation des figures 1 et 2, l'axe des abscisses étant gradué en X de la longueur totale de la grille et l'origine des abscisses étant prise au point de chute du clinker sortant du four. Les limites des chambres et compartiments sont indiquées par des lignes en traits mixtes. Dans cet exemple, le rendement de récupération du refroidisseur est de l'ordre de 89X et la récupération globale sur l'installa- tion,c'est-à-dire la réduction de consoncation, par rapport à la solution classique, est au moins de 6O Kcal par kilo de clinker. L'invention s'applique aussi aux installations ne comportant pas d'échangeur 3 associé au refroidisseur. Dans ce cas le débit d'air frais souffle par le ventilateur 13 sera un peu plus important et on rejettera à l'exhaure un débit d'air correspondant à cette augmentation. En variante on pourra conser- ver le même débit d'air frais et ne rien rejeter à l'exhaure eR augmentant le nombre de recirculations dans la zone de recyclage. Le volume de la chambre Z9 sera augmenté et l'air à très haute température y sera prélevé pour être @nvoyé à la chambre de calcination placée en amont du four; la gaize 32 sera supprimée. Cette solution permet de conserver pour le four une température d'air secondaire voisine de 800 C pour éviter les problèmes évoqués précédemment et d'alimenter la chambre do calcination on air beaucoup plus chaud et dont la température peut atteindre 1100 C. Dans ce cas le rendement du refroidisseur est de l'ordre de 85% et le gain global de l'installation est voisin de 60 Kcal par kilo de clinker. REVENDICATIONS ; - procédé pour la fabrication du ciment par voie sèche suivant lequel des matières crues sont chauffées dans un préchauffeur au moyen des fumées d'un four tubulaire rotatif, et éventuellement d'une chambre de calcination où les matières sont au moins partiellement calcinées, puis sont introduites dans le dit four et le clinker produit est refroidi à la sortie du four au moyen d'air frais qui est ensuite utilisé comme air secondaire dans le four et éventuellement dans la chambre de calcination, le refroidisseur de clinker étant du type à grille et coaportant une zone chaude et une zone froide traversées successivement par le clinker, caractérisé en ce que l'air frais introduit dans la zone froide du refroidisseur est amené à traverser plusieurs fois la couche de clinker, de façon à réaliser un échange thermique global à contre-courant, avant d'être introduit dans la zone chaude du refroidisseur qui est divisée en deux chambres où règnent des températures différentes, et de l'air à une température supErieu- re à 10000 C est prélevé sur la première de ces chambres tandis que l'air secondaire utilisé dans le four, et éventuellement dans la chambre de calcination, est prélevé sur la seconde chambre à une température inférieure. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l1air à très haute température prélevé sur la première chambre du refroidisseur est utilisé dans un échangeur pour traiter une fraction des matières crues et est renvoyé dans le refroidisseur à la sortie de l'échangeur. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air à très haute température prélevé sur la première chambre du refroidisseur est utilisé comme air secondaire dans la chambre de calcination. 4 - Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'air secondaire utilisé dans le four, et éventuellesent dans la chambre de calcination, est constitué par mélange d'une faible fraction d'air à très haute température provenant de a première chambre et d'une fraction importante d'air moins chaud provenant de la seconde chambre. 5 - Installation pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un four tubulaire rotatif, un préchauffeur où des ma- tières crues sont chauffées par les fumées du four, et dventuelle- sent d'une chambre de calcination placée en amont du four, en considérant le sens de circulation des matières, et un refroidisseur à grille où le clinker sortant du four est refroidi par de l'air qui est ensuite utilisé comme air secondaire dans le four, et éventuellement dans la chambre de calcination, ce refroidisseur comportant une zone chaude et une zone froide traversées successivement par le clinker et étant relié au capot de chauffe du four de telle sorte que le clinker tombe du four sur la grille, caractérisé en ce que la zone chaude du refroidisseur comporte une première chambre qui reçoit le clinker sortant du four et est séparée du capot de chauffe du fpur par un cloisonnement comportant une ouverture dont la section est choisie pour permettre le passage du clinker tombant du four tout en empêchant un écoulement notable d'air chaud de cette chambre vers le capot de chauffe, et une seconde chambre située en aval de la première, en considérant le sens d'avancement du clinker, communique par un conduit avec le capot de chauffe du four, et des moyens sont prévus pour prélever de l'air chaud dans cette première chambre. 6 - Installation selon la-revendication 5, caractérisée en ce que le dit cloisonnement a la forme générale d'une trémie dont les parois sont constituées par des voûtes en matériau réfractaire. 7 - Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le dit conduit est constitué par un tunnel reliant l'enve- loppe du refroidisseur au capot de chauffe du four et par une cloison en forme de voûte qui s'appuie sur l'enveloppe du refroidisseur et se raccorde au dit cloisonnement, cette cloison servant aussi à séparer la première chambre de la seconde chambre. 8 - Installation selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisée en ce que la zone froide du refroidisseur est divisée en au moins trois chambres qui sont reliées entre elles de telle sorte que l'air frais introduit à l'extrémité aval du refroidisseur passe successivement dans chacune d'entre elles avant d'être admis dans la zone chaude. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les chambres successives sont séparées par des cloisons constituées par des replis de l'enveloppe du refroidisseur. 10 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les chambres successives sont séparées par des cloisons constituées par des volets articulés sur des axes horizontaux et reposant sur leur bord inférieur sur la couche de clinker. 11 - Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les volets sont en plusieurs éléments indépendants. 12 ... In@tallation selon l'une quelconque des revendications 5 à Il, caractérisée on ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur alimenté en air chaud à partir de la première chambre de la zone chaude du refroidisseur ct servant à traiter une fraction des matières crues, une partie au moins de l'air sortant de l'échan- geur étant renvoyée sous la grille du refroidisseur, dans sa zone chaude. 13 - Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'alimentation en matières crues de l'échangeur est réalisée pneumatiquement au moyen d'air prélevé dans la zone froide du refroidisseur, une fraction de l'air sortant de l'échangeur étant renvoyée sous la grille du refroidisseur, dans cette même zone. 14 - Installation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que les matières chaudes sortant de l'échangeur sont insufflées dans le four par une tuyère au moyen d'air prélevé dans la zone froide du refroidisseur. 15 - Installation selon l'une quelconque des revendication g à 14, caractérisée en ce qu'une cheminée d'exhaure est placée sur lune des chambres de la zone froide du refroidisseur. i6 - Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisée en ce que l'enveloppe du refroidisseur est refroidie par circulation d'air dans une chemise l'entourant ou dans des tubes qui y sont fixés.