Brevet FR2326671A1 — publié le 19770429

la présente invention concerne un four à cuve, destine à calciner des matieres à réaction endothermique, telles l'air de refroidissement, pour un refroidissement ayant lieu dans une zone de refroidissement, de la matière chaude calcinée dans une zone de calcination, cet air de refroidissement s'écoulant dans cette zone de refroidissement à contre-courant vers le haut, pour parvenir dans la zone de calcination, les gaz chauds de réaction traversant la partie supérieure du four, dans une zone efficace de préchauffage de la matière. Des fours à cuve de ce genre sont employés notamment pour la calcination de la chaux. T'énergie nécessaire dans les fours aciennement connus, est introduite dans la cuve par le haut, sous la forme de coke mélangé avec la chaux en morceaux, et, dans les fours modernes, sous la forme de fuel de chauffage ou de gaz combustibles introduits dans la zone de calcination. Dans la zone de préchauffage, la matière en morceaux est échauffée jusqu'à la température de réaction, tandis Dans le cas de pierre à chaux, on entend sous effet de calcination, la séparation du carbonate de calcium en oxyde de calcium et dioxyde de carbone, ce processus nécessitant environ 400 calories par gramme. Entant donné que la pression de décomposition du dioxyde de carbone dans la pierre à chaux atteint seulement aux environs de 9000 la pression partielle du C02 dans les gaz de sortie, on peut obtenir, dans le cas de pierre à chaux, une désacidification totale, principalement seulement au-desus de fOOOg C. En vue d1 assurer la désacidification jus qualité de la matière obtenue. le risque de surchauffe est particulièrement grand dans tous les fours à cuve de ce type, qui fonctionnent à contrecourant, également dans la zone de calcination, auquel cas tout d'sabord de flair, et ensuite en quantités croissantes, des gaz de sortie s'écoulent du bas vers le haut, tandis que la matière descend dans le four du haut vers le bas. En revanche, des fours à cuve dont la zone de calcination fonctionne totalement ou partiellement à courant unique sont très coûteux et de construction sujette à des incidents de marche À partir de cet état de la technique, l'invention a pour but de constituer un four à cuve du type décrit, de telle manière que, avec une utilisation optimale de l'énergie mise en jeu, il permette un traitement plus rationnel et protecteur de la matière en morceaux à calciner. la dépense de construction doit, non seulement rester faible, mais elle doit conduire à une installation qui assure un déroulement sans incidents du fonctionnement, les divers éléments constitutifs de l'installation n'étant soumis à llusure que dans wee faible mesure. Dans ce but, lsinvention est caractérisée en ce que, dans la paroi de la cuve, à la transition entre la zone de refroidissement et la zone de calcination, et entre la zone de calcination et la zone de préchauffage, des orifices d'entrée, respectivement de sortie de gaz, sont prévus dans au moins deux plans espacés, de sorte que les gaz sortant des orifices de sortie de gaz s'écoulent à travers des échangeurs de chaleur et une soufflante montée à la suite dans les orifices d'entrée de gaz de la partie supérieure du four de transition entre la zone de préchauffage et la zone de calcination, tandis que l'air frais réchauffé dans les échangeurs de chaleur, auquel peut être ajoutée au choix une partie des gaz, est dirigé avec amenée de carburant, dans les orifices d'entrée de gaz de la partie inférieure de la transition entre zone de calcination et zone de préchauffage. Dans un four à cuve de ce genre, est appliqué d'une maniere particulièrement simple et satisfaisante, le principe suivant lequel, dans la zone de refroidissement et dans la zone de pré chauffage, est maintenu un contre-courant des gaz ascendants et de la charge qui glisse vers le bas, tandis que, dans la zone de calcination, s'état blit un courant identique des gaz qui descendent dans cette zone et de la charge qui descend. Grâce à ce courant identique, le risque de surchauffe avec de la matière en morceaux est d'autant plus faible que la matière est en plus gros morceaux, par conséquent, notamment la pierre à chaux, parce que le gradiant de température à l'intérieur des morceaux individuels peut être maintenu à une valeur optimale pratiquement dans la totalité de la zone de calcination. Il se produit ainsi, de chaque coté de'la zone de calcination, un changement de direction de l'écoulement dans le four. En vue d'atteindre avec sécurité l'inversion de direction d'écoulement, chaque fois recherchée, il est prévu dans la transition entre la zone de refroidissement et la zone de calcination, des orifices de sortie de gaz, dans au moins deux plans espacés, tandis que, en outre, pour les orifices d'entrée de gaz dans la partie inférieure de la transition de zone de calcination à zone de préchauffage, ils sont prévus dans au moins deux plans espacés verticalement. l'allure de l'écoulement qui s'établit peut être surveillée par le fait que, dans les plans supérieur et inférieur des orifices de sortie et d'entrée de gaz, qui limitent les transitions de la zone de refroidissement dans la zone de calcination, et de cette dernière, dans la zone de préchauffage, sont prévus des orifices de prélèvement de pression. On dispose ainsi de deux paires d'orifices de prélèvement de pression et on peut mesurer la pression entre les orifices de prélèvement de l'une ou l'autre paire. Tant qu'elle peut être maintenue à la valeur zéro, on est assuré que l'inversion d'écoulement a lieu aux emplacements prévus. En vue d'assurer le fonctionnement du four de la manière désirée, des soufflantes sont prévues pour l'amenée de l'air de refroidissement dans la zone de refroidissement, et de l'air frais dans la zone de calcination, ainsi que pour l'aspiration des gaz de sortie à la partie supérieure de la zone de préchauffage. En particulier, la marche de fonctionnement du four à cuve ainsi équipé est assurée au moyen de deux régulateurs, dont les grandeurs de réglage sont les différences à maintenir à zéro entre les deux paires d'ori- faces de prélèvement de pression dans les transitions, d'une part, de la zone de chauffage dans la zone de calcination, et, d'autre part, de la zone de calcination dans la zone de préchauffage. Les soufflantes proposées servent, soit au déplacement d'air de refroidissement, soit à l'aspiration d'un gaz largement refroidi, qui a abandonné sa chaleur dans la zone de préchauffage du four. En conséquence, ces soufflantes sont de fonctionnement sûr et n'exigent que peu de surveillance. Mais il est également possible de faire fonctionner la soufflante de circulation mentionnée précédemment avec des gaz largement refroidis. Dans ce but, l'échangeur de chaleur qui a été proposé également précédemment, se compose d'un dispositif d'au moins deux régénérateurs, ou d'un premier récupérateur, et d'un autre récupérateur se raccordant au premier, dans lequel l'air frais destiné à la zone de calcination est réchauffé, et à la sortie de gaz duquel est raccordée la soufflante de circulation, qui refoule le gaz refroidi à travers l'ut des régénérateurs ou le premier récupérateur.Bien entendu, on peut commander de manière analogue la soufflante de circulation en tenant compte du régulateur mentionné, car elle sert à assurer l'aspiration à travers les orifices de sortie de gaz, à la transition entre la zone de préchauffage et la zone de calcination. la description cl-après se rappor-te à un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, avec référence à la représentation schématique du dessin annexé. La figure montre la cuve i d'un four vertical dont la partie supérieure constitue la zone de préchauffage 2, 1a partie médiane, la zone de calcination 3, tandis que la partie inférieure constitue la zone de refroidissement 4. Pour la combustion d'une matière combustible, sont prévues une ou plusieurs chambres de combustion 5, qui sont judicieusement disposées à l'extérieur de la cuve. De cette manière, on peut alimenter le combustible sous la forme liquide ou gazeuse Ces chambres extérieures évitent le montage à l'intérieur de la cuve de dispositifs qui gtneraient l'écoulement de la matière à traiter. L'introduction de la matière en morceaux s'effectue à ltempla- cement 6, tandis que cette dernière quitte la cuve à l'état calciné à l'emplacement 7. Dans la section inférieure de la cuve 1, de l'air froid est introduit dans la zone de refroidissement, à l'aide de la soufflante d'air froid 8 à l'emplacement 9, et cela, de préférence, en des points répartis uniformément sur le pourtour de la clive 1. Cet air s'écoule vers le haut et sort de la cuve à l'emplacement 10, à travers plusieurs orifices répartis sur le pourtour de la cuve. L'air qui a été ainsi réchauffé est mélange' à l'emplacement 17 avec des gaz chauds qui sortent également à travers plusieurs orifices 12 répartis sur le pourtour de la cuve 1.Le mélange est amené par la conduite 13 aux régénérateurs 14a et 14b qui peuvent entre traversés alternativement, comme le montrent les lignes en pointillés. A l'intérieur de ces régénérateurs se produit un refroidissement partiel du mélange de gaz, qui pénètre alors dans le récupérateur 15 pour sty refroidir, de sorte que, finalement, il peut être refoulé à un état largement refroidi, à l'aide de la soufflante de circulation 16 à travers l'un des régénérateurs. Au lieu des deux régénérateurs 1 4a et 1 4b à connexion commutable, on pourrait utiliser également un premier récupérateur. Dans l'emploi de régénérateurs, le récupérateur 15 mentionné a, entre autres, aussi la fonction d'évacuer la chaleur avec l'intention que les deux régénérateurs ne puissent pas être échauffés à une température partout identique. Le gaz à nouveau réchauffé est introduit, en tout ou partie, à travers la conduite 17, dans la section inférieure de la zone de préchauffage, à travers des orifices d'entrée de gaz 18 répartis sur le pourtour du puits. A l'aide de la soufflante de sortie de gaz 19, le gaz qui s'est refroidi dans cette zone de préchauffage, est finalement aspiré et extrait de la cuve. Il est également possible de prévoir qu'une partie du gaz qui a subi un réchauffage dans l'un des régénérateurs ou dans le premier récupérateur, est introduite par la conduite 22 tracée en pointillés, dans la zone de calcination 3, à travers les chambres de combustion 5. Pour le reste, les chambres de combustion 5 sont alimentées en carburant au moyen des conduites 23. Dans ce cas, une partie du gaz de sortie est donc utilisée comme gaz de circulation. Pour la combustion du carburant est utilisé essentiellement l'air frais, qui est amené à l'aide de la soufflante 20, réchauffé dans le récupérateur 15 et introduit par la conduite 21. Dans les chambres de combustion 5 est produit un gaz très chaud, qui est introduit dans la zone de calcination 3, à travers les orifices d'entrée de gaz 24 et 25, qui sont également répartis sur le pourtour de la cuve. Grâce à cette disposition, on obtient, dans la zone de calcination 3, un courant d' écoulement continu en une direction, tandis que, dans la zone de préchauffage et dans la zone de refroidissement, s' établit une circulation à contre-courant par rapport à la matière qui descend dans la cuve. Dans les domaines de transition entre ces zones, se produit par conséquent une ina-ersion de sens urarrt courant d'écoulement des gaz.Pour cette raison, les soufflantes 8, 19 et 20, ainsi que la soufflante de circulation 16 sont dimeusionnées de telle manière que, indépendamment de la puissance du four, d'une part, entre les emplacements 18 et 24, et, d'autre part, entre les emplacements 12 et 10, la différence de pression dp dans la charge est pratiquement égale à zéro. La marche du four est alors influencée très favorablement par le fait que tous les courants qui sortent du four s'écoulent sans interruption toujours dans une même direction. Avec la disposition des chambres de combustion 5 à l'extérieur de la cuve 1, on peut réaliser, en tenant compte des pièces de construction faisant saillie dans la cuve, 1 'amenée des gaz chauds dans la matière à calciner, en les répartissant sur toute la section transversale de la matière, au moyen, par exemple, d'organes dpir-i- troduction en forme de lances qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal de la cuve.En lignes interrompues, sont représentés dans a figure quelques organes d'amenée en forme de lances 32, en iiaison avec les orifices d'entrée de gaz 24. Ces organes dSintro- duction assalrent une unlformité de la répartition des gaz combustibles sur toute la section transversale de la cuve, déjà dans le domaine d'introduction des gaz. Il est ainsi également possible, au lieu des brdleurs 5 disposés à l'extérieur de la cuve, de constituer les organes d'amenée en forme de lance 32 eux-mmes comme des brûleurs, en les équipant de manière appropriée et en leur amenant le carburant et l'air de combustion. Dans le cas d'une disposition avec de tels organes en forme de lances 32, le domaine dSp=O s'étend sur un domaine p'=O, c'est-å-dire depuis l'emplacement 18 jusqu'au plan d'embouchure 33 des organes d'introduction en forme de lances 32. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. Diverses modifications et variantes restent possibles, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENDICATIONS 1. Four à cuve pour la calcination de matières en morceaux, notamment à réaction endothermique, telles que par exemple, de la chaux, auquel est amené par le bas, de l'air de refroidissement, pour un refroidissement ayant lieu dans une zone de refroidissement de la matière chaude calcinée dans la zone de calcination, cet air de refroidissement s'écoulant dans cette zone de refroidissement à contrecourant vers le haut, pour parvenir dans la zone de calcination, les gaz chauds traversant ensuite la partie supérieure du four, dans une zone efficace de préchauffage de la matière, four caractérisé en ce que, dans la paroi de la cuve, à la transition entre la zone de refroidissement et la zone de calcination, sont prévus des orifices de sortie de gaz, ainsi que, à la transition entre la zone de calcination et la zone de préchauffage, sont prévus des orifices d'entrée de gaz, au moins dans deux plans espacés verticalement, les gaz sortant des orifices de sortie s t écoulant à travers un échangeur de chaleur et une soufflante de circulation montée à la suite, totalement ou partiellement dans les orifices d'entrée de gaz de la partie supérieure de la transition entre zone de préchauffage et zone de calcination, tandis que l'air frais réchauffé dans I1 échangeur de chaleur, auquel peut etre ajoutée, au choix, une fraction des gaz, est dirigé, avec amenée de carburt, dans les orifices d'entrée de gaz de la partie inférieure de la transition entre zone de calcination et zone de préchauffage. 2. Four à cuve suivant ia revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de sortie de gaz à la transition entre zone de refroidissement et zone de calcination sont disposés dans au moins deux plans espacés verticalement, et, en outre, les orifices d'entrée de gaz dans la partie inférieure de la transition entre zone de pré- chauffage et zone de calcination sont prévus dans au moins deux plans. 3. Four à cuve suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des orifices de prélèvement de pression sont prévus dans les plans supérieur et inférieur des orifices de sortie de gaz, ainsi que des orifices d'entrée de gaz situés respectivement dans la zone de transition, entre zone de refroidissement et zone de calcination, et dans la transition entre zone de calcina tion et zone de préchauffage. 4. Four à cuve suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour l'amenée de l'air froid dans la zone de refroidissement, et de l'air frais dans la zone de calcination, ainsi que pour l'aspiration des gaz brûlés hors de la partie supérieure de la zone de préchauffage est prévue chaque fois une soufflante. 5. Four à cuve suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que pour la marche des soufflantes sont prévus des régulateurs, dont les grandeurs de réglage sont les différences de pression, devant être maintenues à la valeur zéro, entre les orifices de prélèvement; de pression prévus dans les transitions de la zone de refroidissemen+ dans la zone de calcination, et de la zone de calcination dans la zone de préchauffage. 6. Four à cuve suivant l'use quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce aue l'échangeur de chaleur se compose d'un ensemble d'au moins deux régénérateurs ou d'un premier récupérateur et d'un second raccordé à la suite, dans Zequel l7air frais est réchauffé, et à la sortie de gaz duquel est raccordée la soufflante de circulation, qui refoule le gaz de sortie refroidi à travers l'un des régénérateurs ou à travers le premier récupérateur. 7. Four à cuve suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour les gaz introduits dans la zone de calcination avec l'air frais et le carburant, est prévue au moins une chambre de combustion située à l'extérieur du puits 8. Four a cuve suivant l'unie quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour les gaz à introduire dans la zone de calcination, sont prévus des organes d'introduction en forme de lance répartis sur la section transversale de a cuve, et, le cas échéant, constitués comme brûleurs.