Brevet FR2449259A1 — publié le 19800912

La présente invention concerne les échangeurs pour le traitement thermique des matières solides sous forme divisée par un gaz dans lequel elles sont mises en suspension. Ces échangeurs sont en général constitués d'une succession d'étages qui comprennent chacun une gaine où circulent le gaz de traitement et les matières en suspension dans le courant gazeux et un séparateur du type cyclone où les matières sont séparées du courant gazeux pour être introduites dans l'étage suivant de ltéchangeur ou être évacuées. Un ou plusieurs étages peuvent comporter en outre une chambre de combustion où est introduite une partie ou la totalité du combustible correspondant aux besoins thermiques de l'installation. Ces échangeurs sont couramment employés en cimenterie et on cherche de plus en plus à les utiliser dans d'autres domaines, notamment pour le traitement des minerais. Dans certains cas, ces minerais sont plus grenus que le cru de cimenterie et un broyage préliminaire, qui est toujours coûteux, peut être incompatible avec le traitement ultérieur du minerai. Or la vitesse des échanges thermiques et massiques dans une suspension est fonction de la surface spécifique d'échange de la matière ainsi que de la dimension des grains et le temps de séjour des particules de matière dans chaque étage de ltéchangeur doit donc être adapté à leur granulométrie. Une solution consiste à dimensionner la gaine de l'étage considéré de telle sorte que les plus grosses particules y séjournent le temps nécessaire. Cette solution peut conduire à des longueurs de gaine importantes et à des installations très volumineuses ; de plus, dans le cas d'un traitement par des gaz chauds, les fines particules risquent d'être portées à des températures excessives provoquant des modifications de structure nuisibles pour le traitement ultérieur. Une solution plus avantageuse et plus souple consiste à renvoyer à l'entrée de l'étage considéré une fraction du débit des matières sortant de cet étage. Pour cela on peut utiliser un distributeur placé sur la sortie matière du cyclone ou deux cyclones branchés en parallèle sur la gaine, les matières sortant de l'un des cyclones étant dirigées vers ltétage suivant tandis que les matières sortant de l'autre cyclone sont recyclées. La fraction re cyclone contient des particules fines qui risquent d'être portées à des températures excessives, comme dans la solution précédente. La présente invention se propose de remédier aux inconvé- nients des solutions connues en assurant un recyclage sélectif des grosses particules. L'échangeur objet de l'invention est caractérisé en ce qu'au moins un étage comporte entre la sortie de gaine et I'entrée du cyclone un séparateur sélectif où les grosses particules sont séparées du courant gazeux pour être renvoyées à l'entrée de la gaine tandis que les fines particules sont entraînées dans le cyclone par le courant gazeux. De préférence, une conduite munie d'un volet de réglage de débit relie la sortie de la gaine à l'entrée du cyclone et permet à une fraction du courant gazeux chargé de particules circulant dans la gaine de court-circuiter ledit séparateur. Le séparateur peut être constitué par une chambre de détente munie d'un déflecteur obligeant le courant gazeux à suivre un parcours sinueux. Le déflecteur peut n'intercepter qu'une fraction du courant gazeux. Pour cela, on ménagera un passage entre un bord du déflecteur et la paroi adjacente de la chambre. La section de ce passage peut être réglable. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 montre schématiquement un étage d'un échangeur réalisé conformément à l'invention ; et Les figures 2 et 3 montrent d'autres formes de réalisation de l'invention. La figure 1 montre un étage d'un échangeur constitué par une gaine 10, un séparateur 12, un cyclone 14 et une chambre de combustion 28. Dans la gaine 10 circule de bas en haut un gaz provenant de l'étage suivant de ltéchangeur ou, s'il s'agit de gaz chauds, d'un four ou d'une chambre de combustion. Une entrée pour les matières solides est prévue en 16 elle permet d'introduire dans la gaine 10 les matières brutes ou les matières provenant de ltétage précédent. Par son extrémité supérieure, la gaine 10 est raccordée à l'entrée de la chambre de combustion 28 dont la sortie est reliée à l'entrée du séparateur 12. Celui-ci est constitué par une chambre pourvue d'une entrée et d'une sortie à sa partie supérieure et équipée d'un déflecteur 18, placé entre I'entrée et la sortie et obligeant le courant gazeux à suivre un parcours sinueux ; la position de ce déflecteur peut être réglable. La partie inférieure du séparateur est conique et sa pointe est reliée par un tuyau 20 à une entrée 22 de la gaine 10. La sortie du séparateur 12 est reliée à I'entrée du cyclone 14. En fonctionnement, les matières à traiter sont introduites en 16 dans la gaine 10 et sont entraînées par le gaz qui y circule dans la chambre 28, où elles reçoivent un apport de chaleur, puis dans le séparateur 12. Dans celui-ci, qui forme chambre de détente, la vitesse des gaz diminue et les grosses particules se séparent du courant gazeux et tombent au fond. Cette séparation est favorisée par le déflecteur 18 qui dévie le courant gazeux et annule la composante horizontale de la vitesse des grosses particules qui viennent le percuter tandis que le courant de gaz dévié les entraîne vers le bas, cette force qui s'ajoute à l'effet de la pesanteur facilitant leur décantation. Les particules séparées sont réintroduites dans la gaine 10 par I'entrée 22 et sont remises en suspension dans le courant de gaz. Les particules plus fines sont entraînées par le courant gazeux dans le cyclone 14 où elles sont séparées des gaz pour être dirigées vers l'étage suivant de l'échangeur ou vers un autre appareil de traitement. Les gaz évacués par la sortie supérieure du cyclone sont amenés à ltétage précédent de l'échangeur ou rejetés. On voit que les grosses particules qui sont renvoyées dans la gaine 10 séjournent plus longtemps dans celle-ci que les particules fines entratnées directement dans le cyclone 14. Pour éviter tout risque d'engorgement de la gaine par les grosses particules, on peut adopter la disposition de la figure 2, suivant laquelle une conduite 24 reliant la sortie de la gaine 10' et l'entrée du cyclone 14' est placée en parallèle sur le sépara- teur 12' ; un volet de réglage de débit 26 est placé sur cette conduite. Grace à cette disposition une fraction seulement du courant gazeux chargé des particules de matière passe dans le séparateur 12', l'autre fraction etant amenée directement au cyclone 14' par la conduite 24. La répartition du courant gazeux entre la conduite 24 et le séparateur 12' est réglée au moyen du volet 26 de façon à éviter l'engorgement de la gaine 10' tout en assurant un temps de séjour convenable pour les grosses particules. Le même effet peut être obtenu en utilisant une chambre avec déflecteur réglable comme représenté sur la figure 3. Un passage 30 est ménagé entre le bord supérieur du déflecteur 18t' et le plafond du séparateur 12". Une partie des gaz chargés de particules s'écoule directement par ce passage pour atteindre le cyclone tandis que l'autre partie est déviée par le déflecteur ce qui provoque la séparation des grosses particules. Le réglage en hauteur du déflecteur permet de modifier la section du passage 30 et de régler la répartition des débits gazeux et le recyclage des grosses particules. Des modifications peuvent être apportées à ces formes de réalisation par le remplacement des moyens décrits par des moyens techniques équivalents ; en particulier, le séparateur pourrait être d'un type différent. I1 doit être entendu que ces modifications entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur pour le traitement thermique des matières solides sous forme divisée par un gaz dans lequel elles sont mises en suspen sion et comportant une succession d'étages constitués chacun par une gaine où circulent les gaz et les matières en suspension dans celui-ci et un cyclone où les matières sont séparées du courant gazeux, caractérisé en cé qu'au moins un étage comporte entre la sortie de la gaine et ltentrée du cyclone un séparateur où les grosses particules sont séparées du courant gazeux pour être renvoyées dans la gaine tandis que les fines particules sont entraînées dans le cyclone par le courant gazeux. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par une condui te branchée en parallèle sur le séparateur, entre la sortie de la gaine et l'entrée du cyclone, et munie d'un volet de régla ge du debit 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le séparateur est constitué par une chambre pourvue d'une en trée et d'une sortie et munie d'un déflecteur qui est placé sur le trajet direct des gaz, entre I'entrée et la sortie, et qui oblige une fraction au moins du courant gazeux à suivre un par cours sinueux. 4. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un pas sage direct entre l'entrée et la sortie est prévu dans la cham bre du séparateur pour ltécoulement d'une fraction du courant gazeux, l'autre fraction étant déviée par le déflecteur, et la section de ce passage est réglable.