Brevet FR2329960A1 — publié le 19770527

L'invention a pour objet un appareil pour réaliser des échanges thermiques entre des matières solides pulvérulentes et des gaz circulant à contre-courant, constitué par une tour où les matières se déplacent de haut en bas et les gaz de bas en haut et qui est munie intérieurement de chicanes divisant la tour en une série de chambres où les gaz tourbillonnent et où les matières sont mises en suspension dans les gaz avant de se déposer sur les chicanes d'où elles tombent dans une chambre inférieure. Dans les installations de grosse capacité, on est parfois amené à utiliser deux appareils identiques traversés par deux courants de gaz parallèles et traitant chacun une fraction du débit total des matières solides. C'est aussi le cas lorsqu'on dispose de deux courants de gaz que l'on ne veut pas mélanger ou dont on désire régler les débits individuellement, Le but de l'invention est de réaliser un appareil d'échange thermique à double passage, qui peut remplacer deux appareils classiques et qui permet notamment d'utiliser deux courants de gaz dont on désire régler les débits individuellement. L'appareil objet de l'invention est caractérisé en ce ou'il est constitué par un tube vertical autoporteur dont l'intérieur est divisé en deux passages par des cloisons longitudinales fixées à la paroi du tube, et chaque passage est divisé en plusieurs chambres superposées par des chicanes réduisant la section du passage. Les cloisons longitudinales peuvent s'appuyer ou non sur l'axe du tube et être planes ou gauches Elles peuvent former une paroi unique plane ou hélicordale s'étendant d'une extrémité g l'autre du tube et le divisant, dans le sens de sa longueur, en deux passages de sections égales ou inégales. Les cloisons peuvent aussi être décalées angulairement, l'une par rapport à l'autre, au niveau des chicanes. Dans ce cas chaque chicane s'étend entre les bords des deux cloisons situées de part et d'autre du plan de la chicane. Les chicanes peuvent être constituées par des trémies dont le fond comporte une ouverture à section relativement faible faisant communiquer entre eux les deux passages, ces ouvertures étant calculées, en fonction du débit de matière, pour que les trémies contiennent en permanence un volume de matière empêchant l'écoulement des gaz à travers ces ouvertures. L'appareil peut être formé de plusieurs tronçons iden tuques, superposés et fixés l'un à l'autre, par exemple par soudure, de telle sorte que les cloisons longitudinales de deux tron çons successifs soient situées dans le prolongement l'une de l'autre ou décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle prédéterminé, Cette construction permet de réduire le coût de l'appareil. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur conforme à l'invention associé à un four rotatif et à une chambre de calcination dans une installation pour la production de ciment par voie sèche; La figure 2 est une vue en perspective des trois premiers tronçons de l'échangeur de la figure 1, en supposant son enveloppe transparente; La figure 3 illustre une variante de l'échangeur de la figure 1; La figure 4 est une vue analogue à la figure 2 d'une autre forme de réalisation de l'invention; La figure 5 illustre une variante de l'échangeur de la figure 4; et Les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 2 de deux autres formes de réalisation de l'invention. L'échangeur représenté sur les figures 1 et 2 a la forme générale d'un tube vertical de grand diamètre dont la paroi métallique est revêtue intérieurement d'un garnissage réfractaire. Il est formé de plusieurs tronçons identiques 10, superposés et fixés l'un à l'autre par soudure; dans l'exemple représenté, l'échangeur comporte quatre tronçons, mais ce nombre n'est pas limi statif. Chaque tronçon est divisé intérieurement en deux chambres de même valeur 1-1', 2-2', etc... par une cloison pleine 12, de forme hélicoidale, fixé à la paroi du tube et dont l'axe est confondu avec celui de l'échangeur. Ces cloisons peuvent être réalisées en un matériau réfractaire ou constituées par des tôles revêtues sur leur deux faces d'un-matériau-réfractaire. Les tron çons successifs sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre, par rotation autour de l'axe de l'échangeur, de sorte que le bord supérieur de la cloison du tronçon inférieur fait un an gle az avec le bord inférieur de la cloison du tronçon supérieur. Chaque chambre de chaque tronçon communique avec une chambre du tronçon supérieur et du tronçon inférieur par une ouverture 14 en forme de secteur d'angle au centre égal à l800oC Dans l'installation représentée sur la figure 1, les chambres 1 et 1' du tronçon inférieur communiquent par ces ouvertures respectivement avec une chambre de calcination 16 raccordée directement à la base de l'échangeur et avec un four rotatif 18 auquel l'échangeur est relié par une gaine 20. Les chambres du tronçon supérieur (non représenté sur la figure 2) sont reliées par des gaines 22 et 22' à des cyclones 24 et 24' dont les sorties sont reliées par des conduites 26 et 26' à des ventilateurs de tirage 28 et 28'; les cyclones 24' ne sont pas-isibles sur la figure I. Au fond de chaque chambre est prévue une capacité 30 en forme de trémie dont l'ouverture supérieure a la forme d'un secteur d'angle au centre égal à oC et l'ouverture inférieure, en forme de fente, a une section beaucoup plus faible et s'étend sensiblement radialement. Quand les tronçons sont assemblés, les bords de ces trémies sont fixés respectivement au bord supérieur de la cloison 12 du tronçon inférieur et au bord inférieur de la cloison 12 du tronçon supérieur On voit que les cloisons 12 délimitent deux passages 1, 2, 3, etc... et 1', 2', 3', etc... isolés l'un de l'autre et où circulent, de bas en haut, les fumées de la chambre de combustion 16 et du four 18, respectivement, qui sont aspirées par les ventilateurs 28 et 28'. Dans chaque passage, les trémies 30 constituent des chicanes qui créent dans les chambres des tourbillons entraînant les particules de matière solide quiy sont introduites. Ce mouvement tourbillonnaire provoque la centrifugation des particules qui sont projetées sur les parois et tombent finalement dans les trémies 30. Par suite du décalage des cloisons 12, la matière recueillie dans la trémie d'une chambre quelconque, à l'exception de la plus basse, de l'un des passages tombe dans la chambre infé- rieure de l'autre passage. La matière est ainsi introduite alter- nativement dans un passage et dans l'autre et est mise alternativement en contact avec les fumées du four et de la chambre de calcination. La matière à traiter est introduite en A et A' dans les gaines 22 et 221, puis passe dans les cyclones 24 et 24' d'où elle descend par gravité dans les chambres supérieures des deux passages de l'échangeur. La matière chaude sortant de la chambre inférieure 1 de l'un des passages, par la trémie correspondante, est introduite dans la gaine 20 et entraînée par les fumées du four dans la chambre inférieure 1' de l'autre passage; à la sortie de cette dernière, la matière est introduite dans la chambre de calcination d'où elle tombe dans le four. L'ouverture inférieure des trémies est choisie, en fonction du débit des matières traitées, pour que les trémies contiennent toujours un certain volume de matière formant un joint empêchant le passage des fumées d'une chambre à l'autre. La figure 3 montre une variante dans laquelle les trémies ont été remplacées par des pans inclinés 32 sur lesquels les particules de matière centrifugées par le mouvement tourbillonnaire des gaz se déposent et glissent pour tomber finalement dans la chambre inférieure, à travers l'ouverture 14. Dans ce cas, les particules de matière restent toujours dans le même courant de gaz et ne sont pas transférées alternativement d'un passage à l'autre. L'échangeur représenté sur la figure 4 diffère de celui des figures 1 et 2 uniquement par le fait que les cloisons 12 sont planes et diamétrales, au lieu d'être hélicoidales; le fonctionnement de cet échangeur est identique à celui de léchan- geur des figures 1 et 2. Dans la variante de la figure 5, les trémies placées au fond des chambres ont été remplacées par des pans inclinés 32 comme dans la variante de la figure 3. L'échangeur représenté sur la figure 6 diffère de celui de la figure 3 uniquement par le fait que les cloisons 12 des tronçons successifs sont placées dans le prolongement l'une de l'autre et forment une hélice continue dont l'axe est confondu avec celui de l'échangeur et qui divise l'intérieur du tube en deux passages de sections égales. L'échangeur représenté sur la figure 7 diffère de celui de la figure 5 uniquement par le f-ait que les cloisons 12 des tronçons successifs sont placées dans le prolongement l'une de l'autre et forment une paroi plane, verticale, contenant l'axe de l'échangeur et divisant l'intérieur du tube en deux passages de sections égales. Au lieu d'être branchés sur deux sources de gaz dis tinctes, les deux passages de l'échangeur pourraient être alimentés en parallèle à partir d'une même source. Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés sur les dessins, les cloisons contiennent l'axe de l'échangeur et divisent l'intérieur du tube en deux passages de sections égales. Dans le cas où on dispose de deux courants de gaz ayant des débits différents. il peut etre avantageux de diviser l'intérieur du tube en deux passages de sections inégales en plaçant les cloisons différemment. L'invention est applicable au traitement thermique des matières minérales, notamment en cimenterie. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour l'échange thermique à contre-courant entre des matières solides pulvérulentes et des gaz ? caractérisé en ce qu'il est constitué par un tube vertical autoporteur dont l'intérieur est divisé en deux passages par des cloisons longitudinales fixées à la paroi du tube, et chaque passage est divisé en plusieurs chambres superposées par des chicanes réduisant la section des passages. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons sont planes et verticales. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons sont constituées par des portions d'une hélice à axe vertical. 4 - Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les cloisons sont placées dans le prolongement l'une de l'au- tre et forment une paroi unique s'étendant d'une extrémité à l'autre du tube et le divisant en deux passages dans le sens de la longueur. 5 - Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les cloisons sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre au niveau des chicanes qui sont reliées aux cloisons de telle sorte que chaque chambre d'un tronçon ne communique qu'a vec--une seule chambre du tronçon suivant. 6 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les chicanes sont constituées par des trémies dont les bords supérieurs sont reliés aux cloisons et dont l'ouverture inférieure a une section telle que le fond des trémies est rempli en permanence d'un volume de matières empochant l'écoulement des gaz à travers cette ouverture de telle sorte que les matières sont transférées d'un passage à l'autre à la sortie de chaque chambre. 7 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons contiennent l'axe de l'échangeur et les deux passages ont des sections égales. 8 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé de plusieurs tronçons identiques, superposés et fixés l'un à l'autre, les plans de jonction étant situés au niveau des chicanes et les cloisons longitudinales de deux tronçons successifs étant situés dans le prolongement l'une de l'autre ou décalées angulairement l'une par rapport à l'autre.