Brevet FR2395964A1 — publié le 19790126

La présente invention concerne les proeédés et appareils du type refroidisseur de clinker à ciment et les précalcinateurs utilisés en cimenterie. Dans les dispositifs refroidisseurs connus du genre à grille, on utilise uniquement de l'air comme agent de refroîdissement du clinker, et pour que ce dernier atteigne une température suffisamment basse, la quantité d'air soufflé dépasse très nettement la quantité d'air dite secondaire nécessaire b la combustion dans le four à ciment. Il en resulte un excès d'air important: environ 1,35 m3/flkg0K à 280 alors que itair secondaire ne représente que 0,86 m5/NkgCK. L'excès d'air du refroidisseur est inutilisable, et il représente une parte d'environ 110 cal/kg de CK. Avant son rejet à l'atmosphère, l'importance de son débit nécessite un depous- sièrage très élaboré et très coûteux d'exploitation. Dans d'autres refroidisseurs, dits à ballonnets, le clinker n'est refroidi que par le seul air secondaire du four, mais alors la température de sortie du clinker est trbs élevée et nécessite une autre phase de refroidissement avant son broyage sous forme de ciment. De plus, dans tous les refroidisseurs, le clinker sortant du four a environ 13500 entre en contact directement avec certaines parties du refroidisseur grille ou culasse; celles-ci sont soumises à des effets thermiques très importants qui entratnent une grande fragilité de la partie amont des refroidisseurs. Les inconvénients des refroidisseurs connus sont donc . excès d'air important avec nécessité d'un dépoussièrage très délicat, ou température de sortie du clinker trop élevée et dans les deux cas perte de 110 calZkg 0K environ et supplément de quelques kW, . fragilité de la partie amont des refroidisseurs. Dans les appareils de pro calcination utilises en cimenterie, certains emploient l'excès d'air du refroidisseur après transport assez compliqué vers la tour de ltéchangeur, pour alimenter un brtleur auxiliaire placé dans une chambre de procalcination. Parallèlement cet apport de calories permet d'effectuer une procalcination asses poussée dans le but d'augmenter le débit du four. Le procédé suivant la présente invention en tant que précalcination vise des buts très différents car il limite celle-ci à l'absorption de la seule quantité de calories permettant de supprimer l'excès d'air du refroidisseur, donc à récupérer les calories normalement perdues par celui-ci. De plus le procédé utilise pour la precalcination les calories à haut potentiel du clinker protégeant ainsi ce dernier des hautes températures. .1.. Economisant des calories sans charger la zone de cuisson du four, on augmente la production de celui-ci. Le procédé n'utilise pas d'excès d'air du refroidisseur pour alimenter un brfllour complémentaire, lequel nécessite des circuits compliqués, et qui engendre une conduite délicate de deux brdleurs en série sur le même circuit de gaz du four. L, procédé suivant l'invention permet dtéviter les inconvénients des refroidis- seurs et d'effectuer une précalcination réduite et simplifiée. Dans celui-ci en effet le clinker est refroidi dans un échangeur clinker/farine crue entre 13500 et 8000 environ. Il n'arrive dans le refroidisseur proprement dit qutà température de 8000, au lieu de 13500 dans les refroidrsseurs conventionnels d'où un très important avantage sur la longévité et le tenue des parties mécaniques des refroidisseurs. L'échangeur clinker farine est dun type quelconque mais plus particulièrement il peut utiliser la cuve verticale placée à la sortie aval du four, celle-ci recevant simultanément le mélange dosé de clinker et de farine crue. Cotte cuve à paroi briquetée présente une très grande strette d'exploitation d'autant qu' sa partie inférieure le mélange clinker farine n'est plus qu'à 800 . La plus grande partie des calories rechangées ayant été utilisée pour la décarbonatation réaction fortement endothermique. La quantité de farine utilisée en mélange au clinker correspond à celle qui peut être décarbonatée complètement entre 1350 et 8000, en utilisant la différence d'enthalpie du clinker entre Ces deux températures. On calcule que cette quantité est de 0,27 kg farine/kg clinker représentant 0,18 kg/ décarbonaté par kg de clinker. En variante au procédé, une quantité de farine plus grande peut être mélangée au clinker pour en réduire la température a des fins de manutention ou pour d'autres raisons de procédé. En variante également, il peut être insufflé ou mélangé du combustible au mélango clinker/farine crue, de façon à augmenter le taux ou la quantité de décarbonatation de cette dernière. Suivant le procédé, la plus grande partie de la chaleur échangée entre t350 et 8000 est fixée d'une façon non réversible par des réactions chimiques (diffé- rence entre la réaction de décarbonatation fortement endothermique et dfune partie de la réaction exothermique de clinkérisation). On doit aussi ajuster la quantité de farine introduite pour que le seul air secondaire soit suffisant pour amener le clinker à la température voulue en fin de refroidissement, de façon à exclure tout excès d'air à la sortie du refroidisseur. En fait cette condition se trouve remplie et dépassée avec la quantité de farine précitée de 0,27 kg/kg de clinker, soit 17% du cru total. La fin du refroidissement du clinker est opérée dans un refroidisseur dtun type quelconque, en toute sécurité, car la température maximum à l'entrée n'est plus que denviron 8OO2. La farine après échange de 1350 à 8000 est séparée du clinker: soit par effet criblant facile à réaliser car à cette température et avec l'effet de dégagement du CO2, la farine est complètement fluidisée; soit séparée par le courant d'air de refroidissement. La farine décarbonatée alors à 10 Y peut entre séparée de l'air secondaire de refroidissement par un dispositif approprié (cyclones ou autre) et envoyée au point adéquat de la tour d'échange du four ou encore elle peut autre entraSnée vers la zone de cuisson du four directement par l'air secondaire où elle sera clinkarisqe. La farine décarbonatée séparée du clinker et de l'air peut aussi être mélangée avec un complément de farine brute-afin d'abaisser sa température pour permettre sa manutention vers la tour d'échange. Dans le cas où la farine décarbonatée est envoyée directement en zone de cuisson avec l'air secondaire, on calcule que l'endothermicité nécessaire à cette partie de farine est faible et ne nécessite qu'un complément de calorie au brflleur du four de 2% environ, alors que le gain de débit du four atteindra 12 On doit s'attendre à une moins bonne visibilité de la zone de cuisson du four du fait de la quantité de farine entraSnée par l'air secondaire ou restant encore dans celui-ci après séparation. Les fours modernes disposent d'autres paramètres de conduite que l'examen de la zone de cuisson, donc ce manque de visibilité ntest pas gênant. En conduite automatique, on arrive meme à négliger cet examen que les cuiseurs n'utilisent pratiquement plus lors de la conduite à distance. Par contre la poussière décarbonatée introduite avec l'air de combustion augmentera assez fortement le pouvoir émissif de la flamme, effet déjà recherché dans des procédés connus pour cet usage. Le dessin annexé, illustre à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention appliqué à un refroidisseur à grille PLI n 1. 1 représente le four rotatif équipé de sa tuyère 2, le capo me chauffe 3 assure la liaison entre le four et la cuve d'échange 4 dans laquelle tombe directement le clinker suivant la flèche. La partie de farine crue dosée devant être décarbonatée est introduite par la tuyauterie 5 dans la cuve d' échange 4 où elle est mélangée au clinker 13500. Le mélange intime clinker farine crue séjourne quelques minutes dans la cuve 4 pour permettre à la farine de se décarbonater pendant l'échange de chaleur. Arrivé à la base de la cuve 4, le mélange clinkersfarine atteint la température moyenne de 8000 environ, il est extrait par un dispositif quelconque 5, ici est représenté un poussoir à piston å titre d'exemple. Le clinker sortant de 4 arrive sur la grille mobile du refroidisseur 6, sous laquelle est soufflé l'air secondaire du four dans le compratiment 8. La partie avant de ce compartiment figurée en 3 peut ne pas recevoir d'air de soufflage, de façon à ce que l'amont de la grille du refroidisseur fasse office de criblage entre la farine décarbonatée et le clinker. On peut aussi remplacer cette partie de la grille par un dispositif criblant, à rouleaux par exemv ple, ou autre. La farine décarbonatée est alors recueillie à la base de 9 pour autre dirigée vers la tour d'échange du four. La séparation farine clinker continue de stopérer par l'air traversant la grille, lequel entratne complètement la farine restant. On peut séparer ensuite farine/air dans le cyclone 11 et diriger la farine vers la tour d'échange du four, alors que l'air secondaire chaud revient au capot de chauffe 9. On peut aussi séparer farine/clinker sur la grille uniquement par l'air de soufflage, lequel correspond à l'air secondaire du four, et ne pas utiliser lteffet criblant de la chambre 9 ni la séparation air/farine par le cyclone 11, Dans ce cas la farine décarbonatée est introduite directement dans la zone de cuisson du four avec l'air secondaire et elle y sera clinkérisée. Après complet refroidissement le clinker sort en 12 de la grille mobile. A la partie supérieure de la cuve d'échange 4, on peut créer une légère dépreslon, de façon à aspirer à la surface du clinker le CC2 qui se dégage de la masse, afin de diminuer d'autant la quantité de gaz qui traverse le four. L'air secondaire soufflé à travers la grille transite par un dispositif approprié de tuyauteries vers le capot de chauffe du four. Le refroidisseur à grille, décrit dans l'exemple précédent, peut être remplacé par tout autre type de refroidisseur placé en aval de la phase d'échange/ décarbonatation à halite température. Une application particulièrement intéressante peut être faite dans les refroidisseurs dits à ballonnets, liés directement au four et tournant avec lui. La figure 2 représente un tel refroidisseur. 1 est le four rotatif muni de sa tuyère 2, la zone de clinkérisation est en 3. Les refroidisseurs ballonnets 5 sont reliés au four par les culasses 4. La partie aval du four est obturée par la porte fixe 6. Dans ces types de refroidisseur on a de très grandes difficultés à maintenir en état les culasses 4 qui reçoivent directement le clinker à 13500. L'application du procédé objet de l'invention, permet d'abaisser cette température à 8000. Pour cela on introduit de la farine crue en aval de la zone de cuisson et avant les sorties de culasses. Cette introduction de farine peut être faite, soit par des éeopes 8, soit par projection au moyen dune tuyère 7. Dans cette applica tion, on obtient une très intéressante protection du refroidisseur, mais la farine décarbonatée ne peut autre séparée de l'air de combustion et sera en traSnee par ce dernier vers la zone de clînkérisationa Le procédé objet de la présente in'rention peut être utilisé dans tous les fours à ciment existant, aumoyen de légères modifications des refroidisseurs. il peut être également utilisé dans tous les fours de cuisson ou la matière à traiter présente une réaction endothermique élevée a' haute température. REVENDICATIONS 1 Procédé de refroidissement du clinker de ciment en deux étages utilisant successivement 2 agents de refroidissement, d'sabord la farine crue froide puis l'air secondaire du four, permettant de supprimer l'exès d'air du refroidisseur. 2 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la quantité de farine crue utilisée pour le refroidissement permet de récupérer les calories normalement perdues par l'excès d'air des refroidisseurs conventionnels. Dans ces conditions, le seul air secondaire suffit sans excès pour compléter le refroidissement du clinker à la température voulue. 3 Procédé suivant les revendications t et 2 caraotérisé par le fait que la quantité de farine crue servant au refroi dissertent ne dépasse sensiblement pas celle qui permet de porter sa tempé rature, apures échange avec la totalité du clinker, au-dessus de celle à laquelle se produit la réaction de décarbonatation. 4 Procédé suivant les revendications 9 - 2 et 3 caractérisé par le fait qu'on limite la quantité de farine crue servant au refroidissement, de façon à utiliser pour le refroidissement du clinker, le maximum de calories à haut potentiel au-dessus de 8800C environ à des fins de réactions chimiques IRREVERSIBLES (différence entre la decarbona- tation de l'exothermicité de réaction du clinker) et à n'utiliser que le minimum de calories pour des chaleurs latentes réversibles. Dans ces oon ditions, la partie de la farine utilisée est pratiquement décarbonatée à IO. 5 Procédé suivant la revendication t Caractérisé par le fait que l'échange thermique entre le culminer et la farine s'opère dans un échangeur d'uD type quelconque sans insuflation d'airs ou plus simplement par mélange direct elinkersfarinee 6 Procécé suivant les revendications 1 - 2 et 3 caractérisé par le fait qu'en cas de mélange direct farine/clinker, on opère ensuite une séparation des deux constituants, soit sans soufflage d'air, soit par soufflage ou le 2 successivement à travers un appareil approprié.Le soufflage d'air n'a lieu que pendant la deuxième phase de refroidissement et après celle de décarbonatation. 7 Procédé suivant revendication 1 caractérisé par le fait que l'air de soufflage et de séparation est égal A la quantité d'air secondaire nécessaire au four. 8 Procédé suivant les revendications 1 et 7 caractérisé par le fait que l'air de séparation clinker farine/clinker passe à travers un système de dépoussièrage avant d'être introduit dans le four, la farine étant dirigée vers l'étage approprié de l'échangeur situé en amont du four. La température de cette farine décarbonatée tota lement peut être abaissée si nécessaire par addition de farine froide pour les besoins de la manutention. 9 Procédé suivant les revendications 6 à 8 caractérisé par le fait que l'air secondaire chargé de farine décarbonatée est introduit directement avec celle-ci en zone de cuisson où la farine est clinkérisée par la flamme du four. 10 Procédé suivant les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'une variante du procedé permet d'ajouter du combustible au mélange farineXelinker, de façon à augmenter la quantité de farine pouvant être décarbonatée. Dans cette variante, une certaine quantité d'air devra traverser le mélange clinker/farine pour assurer la combustion. 11 Procédé suivant les revendications 1 et 5 caractérisé par le fait que le C2 dégagé lors de la décarbonatation liée au refroidissement du clinker, est rejeté à l'extérieur pour ne pas tra verser le four totatif.