Brevet FR2436346A1 — publié le 19800411

La présente invention concerne un procédé de cuisson de minéraux bruts tels que de la pierre å chaux, de la dolomite ou de la magnésite dans des fours à chambres verticales i régénération å courant continu comprenant au moins deux chaux bres avec refroidissement simultané de la chaux cuite dans les zones de refroidissement des chambres. Dans le procédé de régénération connu destiné & des procédis fortement endothermes, tels que la cuisson de pierre à chaux, il s'agit d'un procédé qui depuis qu'il est connu (AT-PS 211 214) a été souvent utilisé pour la construction de fours & chambres verticales i Coarânt et contre-courant continu i deux ou trois chambres, et ce procédé a été souvent décrit dans la littérature, par exemple par E Schiele et L.w. Berens dans l'ouvrage wKalk", pages 147 i 151, édition Stahl Eisen, Dffsseldorf. L'utilisation, à titre exclusivement régénératrice, des caloporteurs dans ce procédé de cuisson a fait ses preuves car, dans la zone de préchauffage des chambres, ce sont non seulement les matériaux i cuire mais également l'air de la cuisson qui sont préchauffés; la caractéristique d'un four de ce type,du point de vue de la technique thermique, consiste dans le préchauffage régénérateur de l'air de combustion. Ce procédé de cuisson ne peut pratiquement plus 8trie perfec tionné sur le plan de la technique thermique. aais il ne correspond pas à toutes les exigences du point de vue du fonc tionnement. C'est pourquoi l'invention a pour but d'améliorer le procédé de cuisson décrit ci-dessus. Ce but est atteint grâce à I'invsntiondu fait que l'air de refroidissement,qui est réchauffé dans la zone de refroidissement par les matériaux cuits, est évacué au moins partiellement du four à la fin de la zone de refroidissement et que la chaleur qu'il contient est utilisée & l'extérieur de la chambre du four et récupérée pour le préchauffage des matériaux que l'on doit introduire dans le four et/ou pour le préchauffage de l'air de combustion qu'on dirige vers l'extrémité supérieure de la zone de préchauffage. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une vue schématique d'un four à deux chambres de section carrée ou rectangulaire. La fig. 2 représente les courbes de pression dans la zone de refroidissement de la chambre & contre-courant d'un four à chambres verticales à régénération avec dégagement de l'air de refroidissement sur la paroi latérale externe. La fig. 3 représente les courbes de pression de la zone de refroidissement de la chambre å courant continu d'un four à chambres verticales à régénération avec évacuation de l'air de refroidissement sur la paroi latérale interne. La fig. 4 représente schématiquement un four à deux chambres de section circulaire. Dans le four à deux chambres représenté sur la fig. 1, la chambre 1 constitue la chambre de cuisson à courant continu et la chambre 2 la chambre à contre-courant. Dans les chambres 1 et 2 sont définies une zone de préchauffage V, une zone de cuisson B, une zone de désacidificatien N et une zone de refroidissement K. L'amenée de l'air de combustion et de l'air de refroidissement sont obtenues au moyen de souffleries 3 ou 4, telles que des souffleries à piston rotatif. Le combustible arrive approximativement au début de la zone de cuisson B par le brûleur 5 dans la chambre de cuisson, soit la chambre 1 sur la fig. 1.Les gaz de fumée qui sont représentés symboliquement par une flèche 6 s'écoulent après avoir été enrichis par le C02 provenant de la chaux, d'abord parallèlement aux matériaux qui descendent vers le bas, puis dans la chambre i contre-courant 2 et de 1à en direction inverse du mouvement des matériaux vers le haut Jusqu'à une sortie 7.L'air de refroidissement est amené par une conduite 8 dans les deux chambres 1, 2 en passant par des tables coulissantes 9 destinées à supporter les matériaux cuits, puis l'air passe dans la zone de refroidissement K en direction ascendante et,après avoir été réchauffés par la chaux cuite, il s'écoule latéralement par des canalisations de sortie 11 et vers l'extérieur par un dispositif de dépoussiérage 12, tel qu'un cyclone, et par une conduite 13 dans un préchauffé four à chaux 14 ou par un récupérateur d'air 13 pour arriver à l'air libre ou dans un dispositif de dépoussiérage non représenté. L'air de combustion,qui est amené par la soufflerie 4, arrive par une conduite 16 et pénètre à l1extrémité supérieure de la chambre 1 soit directement par une conduite 17,soit par l'intermédiaire d'un récupérateur dtair 13. La pierre à chaux qui est préchauffée ou préséchée dans le baquet d'alimentation 18 est envoyée selon les besoins soit à l'unessoit à l'autre des chambres 1, 2. Lorsque la cuisson est terminée dans la chambre 1, on effectue une inversion et la chambre 2 devient la chambre de cuisson alors que la chambre 1 est la chambre du contre-courant. Les fig. 2 et 3 représentent les rapports des courants dans la zone de désacidification N et dans la zone de refroidissement K dans la chambre à contre-courant 2 ou dans la chambre de cuisson 1. Les résultats constatés grtce à un modèle,et obtenus selon le procédé par analogie électrique, montrent qu'il est possible aussi bien dans la chambre à contre-courant que dans la chambre de cuisson 1 d'aspirer pratiquement la totalité de l'air de refroidissement par la soufflerie 3 quand les canalisations de sortie 11 pour la chambre à contre-courant sont disposées sur la paroi latérale externe, ctestàdire la plus loin de la chambre 1, et pour la chambre de cuisson 1 sur la paroi latérale interne, c'està-dire dirigée contre la chambre 2. Le four à deux chambres représenté sur la fig. 4 est du point de vue de sa construction identique au four de la fig. 1 et ctest pourquoi les mêmes parties sont désignées par les mêmes références et ne sont pas décrites à nouveau. Les gaz de combustion 6enrichis du C02 provenant de la désacidification, s'écoulent de la zone de cuisson B de la cuve à contre-courant 1 par des canalisations de jonction 20 dans la chambre à contre-courant 2, alors que l'air de redroidissement réchauffbl0 passe par l'intermédiaire d'un cylindre creux central 21. Quand il s'agit de fours dont le diamètre des chambres est important, on prévoit avantageusement entre le cylindre creux central 21 et la paroi 22 de la zone de refroidissement des voûtes ou des poutres en croix en forme de toits 23 rendant possible une extraction régulière de l'air de refroidissement qui a été préchauffé.Quand le diamètre des chambres est plus faible, on prévoit un couvercle 24 au-dessus du cylindre central 21. A titre d'exemple, on donnera maintenant un bilan ther moque de la zone de préchauffage V On supposera que - la désacidification de la pierre à chaux a commencé à 8100C, la différence de température entre la pierre à chaux et les gaz de fumée au commencement de la zone de cuisson B étant de 300C et la température des gaz de fumée passant de la zone de cuisson B à celle de pré chauffage V étant de ce fait de 8400C, - que la teneur en CaO libre est de 94 *, - que la perte de chaleur par les parois du four dans la zone de préchauffage est de 10 kcal/kg de chaux, et - que la température de l'air de refroidissement chauffé et quittant la zone de refroidissement K est de 800il. On suppose que la quantité d'air de refroidissement est de 0,6 Nwt3/kg de chaux. Cette quantité est complètement évacuée. L'air de refroidissement est à une température de 100C lors de l'aspiration et de 40iC après compression. Le chauffage est réalisé au moyen de gaz naturel et la consommation de chaleur est de 900 kcal/kg, la combustion du gaz naturel ayant en théorie besoin de 1007 Nm3/kg de l'air et donne une quantité de gaz de fumée de 1.133 Nm3/kg. A ce-la s'ajoute 0,365 Nm3/kg de C02 dégagé, de sorte que la quantité totale de gaz de fumée parvenant dans la zone de préchauffage est de 1,50 Nm3/kg de chaux et que sa température à la sortie est de 100 C. La chaleur obtenue des gaz de fumée-dans la zone de cuisson B est de 1,50 x 0,397 x 840 - 1,3 x 100 x 0,349 - 10 = 437,87 kcal/kg Le besoin de chaleur pour le pré chauffage de la chaux est de 1,74 x 0,260 x (310 - 10) = 361,92 kcal/kg La chaleur nécessaire au préchauffage de l'air de combustion estde : 1,007 x 0,33 x (840 - 40) = 265,84 kcal/kg 627,76 keal/kg Le déficit thermique dans la zone de pré chauffage est donc, si on n'utilise pas l'air de refroidissement préchauffé, de 627,76 - 437,87 = 189,89 kcal/kg L'air de refroidissement qui est amené et préchauffé a une capacité calorique de 0,60 x 0,33 x 800 m 158,40 kcal/kg. Du fait de l'échauffement des pierres à l'extérieur des chambres en supposant-que la température de sortie de îtair est de 80 C, on constate une perte de 0,6 x 0,33 z 80 = 15,84 kcal, à quoi s'ajoute une perte far les parois et les conduites estimée à 10,00 keal, et pour la vaporisation à l'eau par la pierre de 13,00 keal, soit une perte totale de 38,84 kcaî. On prélève donc du minerai et on lui redonne 138,40 - 38,84 = 119,56 kcal/kg, l'échauffement de la chaux est donc de s 119,56 3 264,30c 1,74 x 0,26 Le déficit de la zone de préchauffage, tenant compte du préchauffage de récupération du ornerai, est donc de 189,89 - 119,56 = 70,33 koal/kg, qui doit être compensé par une augmentation de combustible.Ce déficit calorique dans la zone de préchauffage selon le procédé décrit est approximativement aussi important que pour le procédé de régénération pur dans lequel, quand il s'agit d'une combustion avec un surplus de 20 * d'air, la quantité d'air de refroidissement étant de 0,6 Nm3/tg et la température des gaz de combustion de 800C, le déficit est d'environ 64 kcal/kg. Dans le procédé 9 régénération, on change le cycle de cuisson à des intervalles déterminés. Selon le procédé décrit, il est important de commander le processus de manière que la pierre à chaux, préchauffée par récupération à l'extérieur du four, soit chargée dans la chambre dans laquelle la combustion s'effectue en courant continu de sorte que 1'air do combustion froid parvienne sur la pierre à chaux préchauffée. Les avantages du procédé décrit consistent essentiellement en ce que ce système à régénération du four est soulagé et qu'il en résulte des perfectionnements essentiels en ce qui concerne le fonctionnement, la production et l'utilisation du four. On doit souvent traiter de la pierre à chaux non lavée et fortement contaminée, également très humide, telle que de la pierre à chaux crayeuse dont la teneur en eau est comprise entre 10 et 20 *. I1 en résulte des difficultés dans la circulation du matériau dans le four car une grande quantité du matériau,sous forme de fines particules qu'on ne peut séparer par tamisage, reste accrochée à la pierre, ce qui se révèle un inconvénient pendant la cuisson dans le fours Pendant l'hiver, les morceaux de pierre à chaux humide peuvent geler en formant de grosses mottes qui peuvent bloquer l'alimonta- tion.On rencontre également des problèmes pour le pesage de la pierre à chaux & charger qui se révèlent désagréables quand la teneur en eau des matériaux présente des variations importantes du fait des influences des saisons. Normalement, on ne mesure pas le degré d'humidité de la chaux avant la pesée alors qu'il serait nécessaire d'adapter la quantité de combustible à la teneur en eau de la chaux si on désire obtenir une chaux de bonne qualité et régulière. Cet inconvénient disparaît quand on utilise une pierre à chaux complètement sèche ou une pierre à chaux soumise à un préséchage lui conférant un taux d'humidité régulier. Du fait du transfert direct de la chaleur de l'air de refroidissement provenant du système de régénération et chauffé par la chaux cuite à la pierre à chaux que l'on charge, ou dans un conteneur situé au-dessus du four, on utilise la chaleur d'une façon aussi bonne que dans la zone de préchauffage du système à régénération. En outre, les grains déÉlas- sés et en particulier aussi les grains fins qui sont désormais séchés avant la pesée et avant l'introduction de la pierre à chaux dans le four. peuvent 8tre facilement séparés des grains calibrés prévus pour la cuisson. Une autre possibilité d'utilisation du procédé vient du fait qu'on peut sécher et durcir des boulettes de pierre à chaux réalisées sur un plateau de granulation avec apport d'eat avant l'envoi dans le four grâce à l'air de refroidissement réchauffé. Une variante du procédé consiste en ce que la totalité, ou une partie seulement de l'air réchauffé dans la zone de refroidissement du four1 peut être partiellement envoyée dans un rEcupérateur et utilisée pour le préchauffage de l'air de combustion à une température de par exemple 1500C ou 2000 Ce correspondant & une température des gaz brûlés encore supportable. Ainsi, on est certain, même à l'entrée dans le four, d'éviter que les gaz de fumée soient à une température inférieure au point de rosée, ce qui constitue une perturbation pour une installation de dépoussiérage montée à l'aval. Une autre variante du procédé consiste en une répartition de l'air-de refroidissement chauffé aussi bien pour le préchauffage de récupération des matériaux à cuire que pour irair de combustion, et ceci sous une forme telle qu'une partie de l'air de refroidissement préchauffé est mélangéeen supplément à l'air froid nécessaire à la cuisson. Un avantage important du procédé, quand il est mis en oeuvre en éliminant complètement ou partiellement l'air de refroidissement réchauffé, consiste également dans le fait que la pression partielle du gaz carbonique dans les gaz de fumée peut être réglée à une valeur désirée ou à la valeur maximale possible.Un avantage du procédé de l'invention provient également du fait que la quantité d'air de refroidissement peut être limitée à la température désirée pour le refroidissement de la chaux cuite, c'est-à-dire à environ 0,6 à 0,7 Nm3/kg de chaux, car, dans des conditions climatiques chaudes et humides et quand la teneur en humidité de l'air est importante et la température d'entrée do l'air élevée dans la zone de refroidissement, on obtient par hydratation de la chaux cuite une augmentation importante de la température de la chaux qu'on sort du four; la consommation de chaleur est ainsi plus importante, et ceci d'autant plus que la quantité d'air de refroidissement est plus importante. Le procédé de cuisson à courant continu permet, du fait do l'amenée de combustible au commencement de la zone de dacidification, une alimentation en chaleur très importante qui peut être complètement utilisée selon le procédé décrit. Du fait que selon le nouveau procédé l'air de refroidissement ne s'échappe pas par. la chambre à contre-courant, la baisse de pression se produisant entre les deux têtes de chambres est réduite, et l'amenée de chaleur et de ce fait le rendement du four se trouvent augmentées de 30 à 50 * environ. L'amenée d'air de refroidissement et dfair de combustion s'effectue avantageusement par des souffleries à piston rotatif, de sorte que le four puisse travailler sous pression. On évite ainsi le retour dans les souffleries des gaz contenant des poussières. I1 est également avantageux qu'aucun élément de refroidissement ne soit nécessaire dans le procédé décrit. REVENDICATIONS 1 - Procédé de cuisson de matériaux minéraux tels que de la pierre à chaux, de la dolomite ou de la magnésite dans un four à chambres verticales à régénération à courant continu comprenant au moins deux chambres à refroidissement simultané de la chaux cuite dans les zones de refroidissement des chambres, caractérisé en ce que l'air de refroidissement chauffé par les matières premières cuites dans la zone de refroidissement est entratne hors du four à la fin de la zone de refroidissement au moins partiellement et que sa capacité calorique estrécupérée et utilisée en dehors des chambres du four pour préchauffer les matières premières à introduire dans le four-et/ou pour préchauffer l'air c combustion qui est amené par l1extrémité supérieure de la zone de préchaufàge, ce qui permet d'obtenir une augmentation du rendement du four comprise entre30 et 50 %. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractériséen coque l'air de refroidissement préchauffé est évacué en passant sur les parois latérales de la zone de refroidissement. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lorsqu'il s'agit d'un four à chambres verticales à régénération à courant continu rectangulaires, l'air de refroidissement pré chauffé de la chambre à courant continu est dirigé sur la paroi laterale interne alors que l'air de refroidissement préchauffé de la chambre à contre-courant est dirigé sur la paroi latérale externe de la zone de refroidissement. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'air de refroidissement préchauffé d'un four à chambres verticales à régénération à courant continu dont les chambres sont de section circulaire est dirigé vers l'intérieur et vers le bas en passant par un cylindre creux central aménage~dans la zone de refroidissement. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'air de refroidissement préchauffé est dirigé vers le bas en passant par un espace libre en dessous de voûtes ou de poutres en forme de toits s'étendant en forme de croix entre la maçonnerie latérale de la zone de refroidissement et un cylindre creux central pour passer ensuite à l'intérieur de ce cylindre creux en direction descendante. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air de refroidissement préchauffé et sortant du four est envoyé à l'extrémité inférieure du conteneur à pierre à chaux se trouvant immédiatement au-dessus des chambres du four. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'air de refroidissement préchauffé est envoyé à un conteneur à pierre à chaux monté à l'amont du monte-charge. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'air de refroidissement préchauffé et sortant du four est utilisé pour le préchauffage de la pierre à chaux en dehors du four et/ou pour le préchauffage de l'air de combustion dans un récupérateur. 9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air de refroidissement préchauffé et sortant du four est me langé, au moins partiellement, à de l'air de combustion plus froid. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que la pierre à chaux préchauffée par récupération à l'extérieur du four est introduite dans le four à régénération à courant continu soit totalement préséchée, soit avec une teneur en humidité régulière. 11 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition des gaz de combustion sortant du four à régénération à courant continu est réglée de manière à contenir un maximum de C02.