Brevet FR2394503A1 — publié le 19790112

La présente invention concerne les installations pour la production de ciment par voie sèche comprenant un four tubulaire rotatif, un préchauffeur qui est chauffé par les fumées du four1 un second préchauffeur qui est chauffé par les fumées d'une chambre de combustion placée en amont du four, en considérant le sens de circulation des matières, et un refroidisseur de clinker, les matières premières étant chauffées en partie dans un préchauffeur et en partie dans l'autre avant d'être introduite dans la chambre de combustion puis dans le four. Il est connu, dans ces installations, d'utiliser la chaleur perdue pour sécher les matières premières. C'est ainsi que dans une cimenterie moderne consommant environ 800 thermies par tonne de clinker, la chaleur contenue dans les fumées du four et l'air d'exhaure du refroidisseur de clinker permet de sécher des matières contenant jusqu'à 12 % d'eau environ, sans appoint de chaleur supplémentaire. On a aussi proposé d'utiliser cette chaleur perdue pour produire de lténergie sous forme d'électricité par exemple. Dans les installations du type décrit ci-dessus, on a notamment proposé de récupérer une partie des calories des fumées sortant de l'un des préchauffeurs, et éventuellement de l'air du refroidisseur de clinker, en les utilisant pour chauffer une chaudière produisant de la vapeur qui alimente une turbine à condensation sous vide entraînant un alternateur, la chaleur nécessaire pour préchauffer les matières premières étant fournie en majeure partie dans l'aux tre préchauffeur.Ces dispositions permettent de produire environ 45 KWh/t de clinker, toujours dans le cas dtune installation consommant 800 th/t de clinker, mais réduisent la quantité de chaleur disponible pour le séchage et l t os ne peut, alors, sécher que des matières premières à 4 % dthumidité environ. La présente invention se propose d'apporter, à ces installations, des perfectionnements permettant de disposer de grandes quantités de chaleur pour le séchage en diminuant relativement peu la production d'énergie. L'invention consiste à utiliser, pour le séchage des matières premières, d'une part les fumées sortant de la chaudière et de l'autre préchauffeur et d'autre part, de la vapeur partiellement détendue dans la turbine, à une pression de t à 5 bars. Pour cela, on pourra utiliser une turbine à condensation et soutirage ou une turbine à contre-pression : dans ce dernier cas, on pourra uti liser une partie ou la totalité de la vapeur d'échappement. Par ce moyen on peut sécher des matières contenant jusqu'a 15 % d'eau tout en produisant environ 30 KWh/t de clinker. On utilisera une turbine à condensation et soutirage si lthumidité des matières est comprise entre 5 % et 12 %, et une turbine à contrepression si I'humidité est de l'ordre de 15 %. Si le taux d'humidité des matières premières est supérieur à 15 %, un apport de calories supplémentaires est nécessaire pour le séchage. Pour cela on peut augmenter la température du gaz à l'en- trée de la chaudière au moyen deux brûleur, en utilisant de l'air prélevé sur le refroidisseur de clinker comme air de combustion. Par ce moyen on peut, par exemple, sécher des matières à 25 % d'eau et produire environ-50 EWh/t de clinker avec une consommation de l'ordre de 950 thermies/t de clinker, soit 800 thermies dans l'installation de cuisson et 150 thermies au brûleur de la chaudière. Pour le séchage par la vapeur, on peut utiliser un sécheur à tubes de vapeur d'un type connu. On peut aussi condenser la vapeur dans un aérowcondenseur et utiliser l'air chaud ainsi produit dans un sécheur à contact direct d'un type connu. Dans ce dernier cas, il peut être économique de faire circuler une partie de 11 air de séchage en circuit fermé entre l'aéro-condenseur et et le sécheur, la-proportion du débit recyclé étant calculée de façon à maintenir l'humidité de ltair à une valeur compatible avec les performances de séchage. Pour le séchage par les fumées on utilisera un sécheur à contact direct de construction classique. Il peut être avantageux d'intercaler, entre les deux phases de séchage, une réduction granulométrique des matières premières par un moyen de broyage ou concassage connu. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre dtexemple non limitatif, deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est le schéma d'une installation réalisée conformés ment à l'invention et comportant une turbine à soutirage et un sécheur à tubes de vapeur La figure 2 est le schéma d'une autre installation conforme à ltinvention et comprenant une turbine à contrepression, un aéro- condenseur et un sécheur à échange direct. L'installation de la figure t comporte un four rotatif 10, une chambre de combustion 12, un premier préchauffeur formé de quatre cyclones t à 4, un second préchauffeur comprenant un seul cyclone t4 et un refroidisseur de clinker 16 Le cyclone 4 est relié à-la sortie de la chambre de combustion et les quatre cyclones sont reliés en série par des gaines 20, 22 et 24. La sortie du cyclone 1 est reliée à l'aspiration d'un ventilateur de.tirage 26. La chambre de combustion est reliée au refroidisseur de clinker par une conduite 28 et est équipée de cannes 30 pour l'injection d'un combustible. L'entrée du cyclone 14 est reliée par une gaine 32 au capot de fumées de four 10 ; sa sortie est reliée à ltentrée du circuit du fluide chauffant d'une chaudière 34. Les fumées du four sont aspirées à travers le cyclone 14 et la chaudière 34 par un ventilateur de tirage 36. Le refroidisseur t6 est du type à grille et est divisé en une section froide 38 et une section chaude 40. De l'air frais est souflé dans la section froide, sous la grille, par un ventilateur 42 puis, après avoir traversé la grille et la couche de clinker, est aspiré et renvoyé dans la section chaude par un ventilateur 44. Un ventilateur 46 fait circuler un courant d'air en circuit fermé à travers la section froide du refroidisseur et un échangeur de chaleur 48 qui sert à réchauffer l'eau d'alimentation de la chaudière 34. Un brûleur 50 est placé à ltextrémité du four attenante au refroi- disseurlet une fraction de l'air chaud ayant servi au refroidis- sement du clinker est utilisée nomme air secondaire dans le four. La matière première crue est introduite en A dans la gaine 20 et est entrainée, par les fumées qui y circulent, dans le cyclone 1 où elle est séparée du courant gazeux. Elle est ensuite introduite dans la gaine 22 et entrainée dans le cyclone 2. Elle passe ainsi successivement dans les cyclones t, 2 et 3 puis dans le cy clone 14 avant d'être introduite dans la chambre de combustion 12. La matière est ensuite entraînée par les fumées de la chambre de combustion dans le cyclone 4 où elle est séparée du courant ga- zeux et finalement introduite dans le four 10. Le clinker produit dans le four est refroidi dans le refroidisseur 16. Les fu mées sortant du cyclone 1 sont utilisées pour sécher les matières premières dans un sécheur rotatif 55. Les fumées sortant du cyclone 14 sont envoyéés dans la chaudière 34 où l'on utilise leur chaleur sensible pour produire de la vapeur qui est détendue dans une turbine 52 entrainant un générateur électrique 54.A sa sortie de la turbine la vapeur est condensée sous vide et l'eau produite est ramenée à la chaudière en passant dans ltéchangeur 48 où elle est réchauffée par les calories cédées par le clinker au courant d'air établi par le ventilateur 46. L'air réchauffé dans le refroidisseur 16 est utilisé en partie dans le four 10 et en partie dans la chambre de combustion 12, comme air secondaire ; une fraction de cet air peut, éventuellement, être mélangéeaux fumées sortant du cyclone 14 et utilisée comme fluide chauffant dans la chaudière 34. Une partie de cet air peut aussi être rejetée à ltatmosphère, après dépoussiérage, lorsque les conditions de marche l'exigent. De la vapeur est soutirée à la turbine 52, sous une pression de î à 5 bars et utilisée pour le séchage des matières premières dans un sécheur à tubes 56. Ce dernier est constitué par un tambour rotatif, horizontal ou légèrement incliné et équipé intérieurement de tubes parallèles à-son axe qui sont parcourus par la vapeur. Les matières à sécher sont introduites en B dans le tambour et sortent, à-son autre extrémité, en C. Pendant leur séjour dans le tambour les matières sont en contact avec les tubes et sont chauffées par la chaleur dégagée par la condensation de la vapeur ; l'eau condensée est ramenée à la chaudière par la tuyauterie 58. Le séchage des matières premières est complété dans le sécheur 55 en utilisant les fumées disponibles à la sortie de la chaudière 34 et du cyclone 1. Selon la nature des matières premières, le séchage par les fumées peut suivre ou précéder le séchage dans le sécheur 56. Dans certains cas, il peut être avantageux de placer, entre lessécheurs 55 et 56, un broyeur ou un concasseur pour effectuer une réduc- tion granulométrique des matières premières entre les deux phases de séchage. Lorsque le taux dthumidité des matières premières est supérieur à 15 %, on peut fournir les calories supplémentaires nécessaires au broyage au moyen d'un foyer placé en amont de la chaudière sur la tuyauterie d'amenée des fumées du cyclone 14 ou incorporé à la chaudière, l'air nécessaire à la combustion du combustible utilisé dans ce foyer étant prélevé sur le refroidisseur 16. A la sortie du sécheur 55 les matières premières sont envoyées dans un silo où elles sont stockées avant être traitées dans l'installation de cuisson. L'installation de la figure 2 diffère de celle de la figure 1 essentiellement par le remplacement de la turbine à condensation et soutirage 52 par une turbine à contre-pression 52' et par le fait que l'on utilise un fluide intermédiaire pour réaliser des échanges thermiques entre la vapeur d'échappement de la turbine et les matières premières à sécher, La vapeur d'échappement de la turbine 52' est amenée par une conduite 58 à un aéro-condenseur 60 où elle se condense en cédant de la chaleur à de l'air admis en D.L'eau condensée est ramenée à la chaudière 34 par une tuyauterie 62. L'air réchauffé sortant de l'aérocondenseur 60 est utilisé dans un sécheur classique 64 pour sécher les matières premières ; une partie de cet air peut être recyclée à ltentrée de lsaéro-eondenseur. Comme dans l'ainsi tallation précédente, le séchage des matières premières est complété dans un sécheur 65, au moyen des fumées sortant de la chaudière 34 et du cyclone 1. Dans ces installations, le préchauffeur chauffé par les fumées du four pourrait comporter plus d'un cyclone, mais la température des fumées sortant de ce préchauffeur doit, dans tous les cas, être suffisamment élevée pour que la chaudière ait un rendement convenable. Les roles des deux préchauffeurs pourraient être inversés, les cyclones tî 2, 3 et 4 étant traversés par les fumées du four tandis que le cyclone 14 et la chaudière 34 seraient chauffés par les fumées de la chambre de combustion. A la place des préchauffeurs à cyclones, on pourrait, évidemment, employer des préchauffeurs de types différents, habituellement utilisés en cimenterie voie sèche. De nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit par l'emploi de moyens techniques équivalents et il est bien entendu qu'elles entrent toutes dans le cadre de l'in- invention. REVENDICATIONS 1 - Perfectionnement aux installations pour la production du ci ment par voie sèche comprenant un four tubulaire rotatif, un préchauffeur qui est chauffé par les fumées du four, un se cond préchauffeur qui est chauffé par les fumées d'une cham bre de combustion placée en amont du four, les matières pre mières étant chauffées en partie dans un préchauffeur et en partie dans l'autre avant d'être introduites dans la chambre de combustion puis dans le four, et une chaudiere chauffée par les fumées sortant de l'un des préchauffeurs et éventuel- lement par l'air de refroidissement du clinker et produisant de la vapeur alimentant une turbine, consistant à utiliser, pour le séchage des matières premières d'une part, les fumées sortant de la chaudière et de l'autre préchauffeur et autre part, de la vapeur partiellement détendue dans la turbine, à une pression comprise entre t et 5 bars. 2 - Installation pour la production du ciment par voie sèche com prenant un four tubulaire rotatif, un préchauffeur qui est chauffé par les fumées du four, un second préchauffeur qui est chauffé par les fumées d'une chambre de combustion placée en amont du four1 les matières premières étant chauffées en partie dans un préchauffeur et en partie dans l'autre avant d'être introduites dans la chambre de combustion puis dans le four et une chaudière chauffée par les fumées sortant de l'un des préchauffeurs et éventuellement par l'air de refroidisse- ment du clinker et produisant de la vapeur alimentant une turbine, caractériséeen ce quelle comporte, en outre, pour le séchage des matières premières, un premier sécheur, à tu- bes de vapeur, qui est chauffé par de la vapeur partiellement détendue dans la turbine et un second sécheur, à contact di rect, chauffé par les fumées sortant de la chaudière et de l'autre préchauffeur. 3 - Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que la turbine est du type à condensation et à soutirage et le premier sécheur est chauffé par de la vapeur soutirée sur la turbine. 4 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la turbine est du type à contre-pression et le premier sécheur est chauffé par la vapeur d'échappement de la turbine. 5 - Installation pour la production du ciment par voie sèche comprenant un four tubulaire rotatif, un préchauffeur qui est chauffé par les fumees du four, un second préchauffeur qui est chauffé par les fumées d'une chambre de combustion pla- cée en amont du four, les matières premières étant chauffées en partie dans un préchauffeur et en partie dans l'autre avant d'être introduite dans la chambre de combustion puis dans le four, et une chaudière chauffée par les fumées sortant de l'un des préchauffeurs et éventuellement par l'air de refroi dissement du clinker et produisant de la vapeur alimentant une turbine, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un ôchan- geur où de l'air est chauffé par de la vapeur partiellement détendue dans la turbine, un premier sécheur où les matières premières sont séchées au moyen de l'air chaud sortant dudit échangeur et un second sécheur où les matières sont séchées au moyen des fumées sortant de la chaudière et de l'autre préchauffeur, 6 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la turbine est du type à condensation et soutirage et ltechan- geur est chauffé par de la vapeur soutirée sur la turbine. 7 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la turbine est du type à contrepression et I'échangeur est chauffé par la vapeur d'échappement de la turbine. 8 - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, earactérisée en ce quelle comporte un dispositif de réduc tion granulomôtrique des matières premières placé entre les deux sécheurs. 9 " Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un brûleur pour augmenter la température des gaz entrant dans la chaudière, et des moyens pour amener de l'air de refroidissement du clinker à ce bru- leur.