Brevet FR2444911A1 — publié le 19800718

La présente invention a pour objet une installation pour la calcination de minerais et minéraux comportant une chambre de calcination statique, un échangeur du type 4 suspension où les produits sont séchés et préchauffés, avant leur entrée dans la chambre de calcination, au moyen des ga s'échappant de cette chambre et un refroidisseur où les produits calcinés sont refroidis au moyen d'un courant d'air qui est ensuite envoyé dans la chambre de calcination. L'invention concerne plus particulièrement les installations comprenant une chambre de calcination formée d'une partie cylindrique munie d'une entrée tangentielle pour l'air et une partie tronconique raccordée à la partie cylindrique par son extrémité de grand diamètre, les produits calciner étant injectés directement dans la chambre ou amenés en suspension dans le courant d'airet une sortie commune pour les gaz de combustion et les produits calcinés étant prévue à l'extrémité de petit diamètre de la partie tronconique et reliée à un séparateur, tel qu'un cyclone. Lorsque la chambre est disposée verticalement, la partie cylindrique constitue le haut de la chambre et la sortie est située à son extrémité inférieure.Pour des commodités de rédaction, nous supposerons dans la description qui suit que la chambre de calcination est vertical, étant bien entendu que l'invention concerne également les installations dans lesquelles la chambre est disposée différemment. Dans les chambres de calcination connues, le temps de sé- jour est pratiquement le ee pour toutes les particules des produits 4 traiter, quelle que soit leur grosseur Or peur gtre calcinées à coeur, les grosses particule doivent séjourner plus longtemps que les fines dans la chambre.Par conséquent, ou bien le temps de séjour sera suffisant pour assurer la calcination des grosses parti cules et les fines seront alors portées å des températures excessives provoquant une modification de structure nuisible 4 un traitement ultérieur, ou bien le temps de séjour sera choisi pour assurer un traitement convenable des fines et dans ce cas les grosses particules ne seront pas calcinées à coeur. Le but de la présente invention est de réaliser une installation dans laquelle il soit possible d'imposer des temps de séjour dans la chambre de calcination différents pour les particules grenues et les particules fines et de règler la granulométrie de coupure entre ces deux fractions. L'installation objet de l'invention est caractérisée en ce que la chambre de calcination comporte, outre la sortie inférieure, une sortie supérieure reliée à l'entrée du cyclone séparateur et des moyens sont prévus pour règler la répartition des gaz et des produits entre les deux sorties. La sortie supérieure est aménagée à l'extrémité inférieure d'un tube pénétrant axialement dans la chambre, 4 travers son plafond, sur une profondeur qui peut être réglable. De préférence, l'extrémité supérieure du tube est fermée et la conduite reliant cette sortie à l'entrée du cyclone séparateur est raccordée tangentiellement à la partie supérieure du tube située à l'extérieur de la chambre.Le brûleur est placé à l'intérieur du tube, de sorte qu'un passage de sortie à section annulaire est ménagé entre les parois du tube et du brûleur, et des moyens sont prévus pour règler la position en hauteur du brûleur. La répartition des gaz et des produits entre les deux sorties peut être réglée au moyen d'un volet placé sur la conduite reliant la sortie supérieure au cyclone séparateur. Elle peut aussi être réglée au moyen d'un cane inversé placé coaxialement dans une partie évasée du dit tube et déplaçable verticalement pour modifier la section du passage annulaire ménagé entre les parois du tube et du cane; d'autres moyens de réglage connus peuvent être utilisés. Ces moyens de réglage permettent de choisir la granulométrie de coupure entre les particules fines évacuées par la sortie supérieure et les particules plus grosses évacuées par la sortie inférieure. La chambre peut avantageusement comporter une entrée d'air auxiliaire dans sa partie tronconique qui permet de "rincer" le courant de particules descendant vers la sortie inférieure, c'est- à-dire d'en séparer les particules fines et les entraîner vers la sortie supérieure. Cette entrée d'air auxiliaire peut être raccordée à la conduite reliant le refroidisseur à l'entrée d'air principale. L'installation peut comporter une seconde chambre de calcination de même conception que la première, dont ltontrée est reliée à la sortie inférieure de la première chambre et dont les sorties supérieure et inférieure sont reliées à ltentrEe à du cyclone séparateur, la sortie supérieure de la première chambre étant reliée soit à entrée de la seconde chambre, soit à l'entrée dudit cyclone. Cette solution permet d'augrenter le tesps de séjour dans la zone de calcination de la fraction grenue des produits, et éventuellement de la fraction fine, et de réaliser une montée en température étagée. L*échangeur assurant le séchage et le préchauffage des produits à traiter peut être constitué par une colonne verticale dont la base est reliée à la sortie du cyclone séparateur et comportant successivement, de bas en haut, un étranglement pour la mise en vitesse des gaz, une entrée pour les produits à traiter, une zone à section élargie où la vitesse réduite des gaz assure la stagnation partielle des produits et une zone rétrécie de remise en vitesse des gaz et des produits. Le refroidisseur peut être constitué par plusieurs cyclones traversés en série et à contre-courant par l'air de refroi dissertent et par les produits calcinés. D'autres caractéristiques apparaltront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'esesple non-limitatif, deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est le schéma d'une installation de calcination réalisée conformément à l'invention; La figure 2 est une vue à plus grande échelle de la chambre de calcination et du cyclone séparateur; La figure 3 est une vue en perspective de l'ensemble représenté sur la figure 2; La figure 4 montre un moyen de règlage de la répartition des gaz entre les deux sorties de la chambre de calcination diffe- rent de celui représenté sur la figure 2; et La figure 5 est le schéma d'une autre forme de réalisa- tion de l'invention comportant deux chambres de calcination. L'installation représentée sur la figure 1 est constituée essentiellement par une chambre de calcination 10, un cyclone 12 où les produits calcinés sont séparés du courant gazeux sortant de la chambre de calcination, un échangeur constitué par une colonne sertica-le 14 assurant le séchage et le préchauffage des produits avant leur entrée dans la chambre et un refroidisseur à cyclones 16 où les produits calcinés sont refroidis par un courant d'air. La chambre de calcination a la forme d'un cyclone placé verticalement et comprend une partie supérieure cylindrique et une partie inférieure tronconique. La partie supérieure est munie d'une entrée d'air principale 18 reliée par une conduite 20 à la sortie du cyclone supérieure 16a du refroidisseur; cette conduite est raccordée tangentiellement à la paroi de la chambre. Une entrée d'air auxiliaire 22 est prévue dans la partit tronconique de la chambre; elle est reliée à la conduite 20 par une tuyauterie 24 qui est raccordée à la paroi de la chambre. La chambre 10 comprend une sortie inférieure 26 qui est reliée par un coude à une entrée tangentielle du cyclone 12 et une sortie supérieure aménagée à l'extrémité inférieure d'un tube vertical 28 qui pénètre dans la partie supérieure de la chambre, à travers son plafond. L'extrémité supérieure du tube est fermée et une conduite 30 est raccordée tangentiellement à sa partie supérieure, qui se trouve à 1'extérieur de la chambre; cette conduite relie la sortie supérieure à une seconde entrée tangen- tielle du cyclone 12. Un volet de réglage 31 est placé sur la conduite 30 pour règler la répartition des gaz entre les deux sorties de la chambre. Un brûleur 32 est placée dans l'axe du tube 28; des moyens classiques peuvent être prévus pour règler sa position en hauteur. La figure 4 montre un autre moyen de réglage de la répartition des gaz entre les deux sorties de la chambre. Dans ce mode de réalisation, l'extrémité supérieure du tube 281 est évasée vers le haut et un cône inversé 34 est monté dans l'axe du tube de façon à pouvoir être déplacé verticalement pour règler la section du passage annulaire formée entre les parois du tube et du cône. Le brûleur 32' est monté sur le cône et sa position en hauteur peut strie ajustée par des moyens classiques. La sortie du cyclone 12 est reliée par une conduite 36 à la base de la colonne 14. Celle-ci comporte successivement, de bas en haut, une partie étranglée 14 a, une entrée 14 b pour les produits à traiter, une sone à section élargie 14 c et une zone å section plus faible 14 d. Un dispositif d'alimentation 38 est raccordé à l'entrée 14 b. l'extrémité supérieure de la colonne est reliée à 11 entrée d'un cyclone 40 dont la sortie supérieure est mise en liaison avec l'ouïe d'aspiration d'un ventilateur ou une cheminée de tirage. La sortie inférieuredu cyclone 40 est reliée à une entrée 42 pour les produits à calciner prévue sur la conduite 20. Le refroidisseur 16 est constitué par trois cyclones 16 a, 16 b et 16 c reliés entre eux par des tuyauteries L'air frais soufflé par un ventilateur 44 traverse successivement les cyclones 16 c, 16 b et 16 a avant d'entrer dans la chambre de cal citation Dans les cyclones et dans une partie des tuyauteries qui les relient l'air est ris en contact avec les produits calcinés sortant du cyclone 12 et se réchauffe Les produits calcinés refroi dis sortant du cyclone 16 c sont évacués, par exemple au moyen d'un transporteur 46. En fonctionnement, les produits bruts à traiter sont introduits en 14 b dans la colonne 14 et entrainés vers le haut par les gaz provenant de la chambre de calcination, qui circulent à vitesse élevée dans la partie étranglée 14 a. Dans la zone 14 c, la vitesse des gaz décroît et les particules solides qui sont projetées vers le haut à la sortie de la partie étranglée, retombent puis sont reprises par le courant gazeux et effectuent ainsi plusieurs trajets ascendants et descendants dans la zone 14 c avant entre finalement entrainées dans la zone 14 d puis dans le cyclone 40. Pendant leur séjour dans les zones 14 c et 14 d, les particules des produits à calciner sont séchées et préchauffées.Dans le cyclone 4o les particules sont séparées du courant gazeux pour entre introduites dans la conduite 20. L'air provenant du refroidisseur 14 qui circule dans cette conduite entrain les particules des produits dans la chambre de calcination 10. L'air amené par la conduite 20 sert à assurer la combustion complète du combustible alimentant le brûleur 32. Une partie des gaz de combustion s'échap- pe par la sortie inférieure 26 en entraînant les plus grosses particules et l'autre partie s'échappe par la sortie supérieure en entraînant les fines particules.Le trajet suivi par les fines particules est notablement plus court que celui suivi par les grosses particules et leur temps de séjour dans la chambre de calcination est par conséquent plus réduit. Le volet 31 (figure 2) ou le cône 34 (figure 4) permet- tent de règler le débit des gaz s'échappant par la sortie supé- rieure et, par conséquent, la granulométrie de coupure entre les grosses et fines particules, c'est-à-dire la dimension des plus grosses particules entrainées vers la sortie supérieure.Le temps de séjour des fines particules dans la chambre de calcination dépend de la hauteur du tube 28 dans la chambre qui est choisie en fonction des besoins et de la géométriede la chambre La position en hauteur de l'entrée auxiliaire 22 est choisie de telle sorte que l'air qui y est admis se dirige vers la sortie supérieure en entrainant les particules fines qui pourraient se trouver dans la veine des grosses particules s'écou- lant vers la sortie inférieure, le long des parois de la chambre. Les gaz chargés des particules calcinées s'échappant par les deux sorties de la chambre de calcination entrent dans le cyclone 12 où les particules sont séparées des gaz pour être introduites dans la tuyauterie reliant les cyclones 16 a et 16 b; elles passent ensuite dans les trois cyclones du refroidisseur, puis sont évacuées. La figure 5 illustre une autre forme de réalisation de l'invention qui diffère de celle représentée sur la figure 1 par le remplacement de la chambre 10 par une unité de calcination à deux étages. Cette unité de calcination comprend deux chambres 50 et 52; la chambre 50 a une structure identique à celle de la chambre 10 et est munie, comme celle-ci, d'entrées principale et auxiliaire reliées au refroidisseur par une conduite 20' et une tuyauterie 24', respectivement, et des sorties supérieure et inférieure. La chambre 52 a la mee structure que la chambre 50 mais ne comporte pas d'entrée auxiliaire dans sa partie tronconique.Elle comporte par contre deux entrées tangentielles dans sa partie supérieure qui sont reliées, respectivement, aux deux sorties de la chambre 50. Les sorties supérieure et inférieure de la chambre 52 sont reliées à l'entrée d'un cyclone 12'. Chaque chambre est munie d'un brûleur et de moyens de réglage du débit des gaz s'échappant par la sortie supérieure. Cette solution permet de différencier davantage les temps de séjour de chacune des fractions des produits dans l'unité de calcination. En variante, la sortie supérieure de la chambre 50 pourra store reliée directement à l'entrée du cyclone 12' comme représenté en traits discontinus sur la figure 5. Dans ce cas les produits seront divisés en trois fractions dont les temps de séjour seront différents. Comme on 1'a précisé plus avant, la ou les chambres de calcination décrites pourraient Store disposées horizontalement ou en oblique. L'invention est applicable à la calcination des minéraux, tels que minerais de phosphate, alumine, schistes houillers, etc... REVENDICATIONS i. Installation pour la calcination de minerais et minéraux comprenant une chambre de calcination munie d'au moins un brûleur, un échangeur où les produits sont séchés et préchauffés, avant leur entrée dans la chambre de calcination, au moyen des gaz sortant de ladite chambre et un refroidisseur où les produits calcinés sont refroidis au moyen dtun courant d'air qui est ensuite envoyé dans la chambre de calcination, ladite chambre lorsqu'elle est disposée verticalement, comprenant une partie supérieure, cylindrique et munie d'une entrée tangentielle pour 11 air provenant du refroidisseur et dtune entrée pour les produit à calciner et une partie inférieure, tronconique munie à son extrémité d'une sortie reliée à l'entrée d'un cyclone où les produits calcinés sont séparés des gaz sortant de la chambre, caractérisée en ce que la chambre de calcination comporte en outre une sortie supérieure axiale pour les gaz et les produits calcinés qui est reliée à l'entrée du dit cyclone séparateur et des moyens sont prévus pour règler la répartition des gaz et des produits entre les deux sorties. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sortie supérieure de la chambre de calcination est aménagée à l'extrémité inférieure d'un tube pénétrant dans la partie supérieure de la chambre, à travers son plafond et disposé dans l'axe de celle-ci, l'extrémité supérieure dudit tube étant fermée et la conduite reliant cette sortie au cyclone étant raccordée tangentiellement à la partie supérieure du tube. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le brûleur est placé à l'intérieur du dit tube de sorte qu'un passage de sortie à section annulaire soit ménagé entre les parois du tube et du brûleur. 4. Installation selon la revendication 3, Caractérisée par des moyens pour ajuster la position en hauteur du brûleur dans le tube. 5. Installation selon la revendicationl, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la répartition des gaz et des produits entre les deux sorties est règlée au moyen d'un volet de réglage placé sur la conduite reliant la sortie supérieure au cyclone séparateur. 6. Installation selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que le dit tube s'évase dans sa partie supérieure et un cane est placé coaxialement dans cette partie évasée du tube de façon à forner avec celui-ci un passage à section annulaire, ce cône étant déplaçable suivant l'axe du tube pour règler la section de passage et par conséquent la répartition des gaz et des produits entre les deux sorties. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que la chambre comporte une entrée d'air auxiliaire dans sa partie tronconique. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la dite entrée dtair auxiliaire est raccordée à la conduite reliant le refroidisseur à l'entrée d'air principale. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une seconde chambre de calcination de mSme conception que la première, dont l'entré est reliée par une conduite à la sortie inférieure de la pre trière chambre et dont les sorties sont reliées à l'entrée du cyclone séparateur, la sortie supérieure de la première chambre étant reliée soit à l'entrée de la seconde chambre soit à l'entrée du dit cyclone. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédez tes, caractérisée en ce que le dit échangeur est constitué par une colonne verticale dont la base est reliée à la sortie du cyclone séparateur et comportant successivement1 de bas en haut un étranglement assurant une mise en vitesse des gaz, une entrée pour les produits à traiter, une zone à section élargie où la vitesse réduite des gaz assure la stagnation partielle des produits et une zone rétrécie de remise en vitesse des gaz t des produits. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que le refroidisseur est constitué par plusieurs cyclones traversés en série et à contre-courant par l'air de refroidissement et par les produits calcinés.