Brevet FR2462676A1 — publié le 19810213

L'invention concerne une installation pour cuire des matières finement divisées, en particulier du ciment brut en poudre pour obtenir le clinker, instal- lation qui comporte un préchauffeur disposé dans un échan- geur de chaleur, notamment un four à calciner et un four tubulaire rotatif suivi d'un refroidisseur du clinker. Dans la conception d'une installation industrielle, par exemple d'une cimenterie, il faut main- tenir en de nombreux endroits pour les émissions, notamment de matières polluantes et/ou de bruit, de faibles taux fixés par les règlements sur la protection de l'environne- ment. La tendance de tels projets de loi étant à une très forte aggravation pour un avenir prévisible, il faut, dans la conception d'une installation de produc- tion concernée par ces projets, prévoir dès la planification de base des possibilités permettant de suivre techniquement et matériellement, même pour l'avenir, les conditions impo- sées par la loi. Aux exigences d'une protection plus sévère de l'environnement et aux dispositifs nécessaires pour y répondre dans les installations industrielles, on oppose souvent l'argument selon lequel on ne peut maintenir les émissions entre les limites fixées par le législateur qu'aux prix d'un investissement financier dont l'ampleur risque de peser à un degré qui ne serait plus supportable pour la compétitivité industrielle. L'invention vise à réaliser une installa- tion de la catégorie citée, permettant de maintenir pour les émissions, notamment de matières polluantes et de bruit, les faibles taux exigés pour la protection de l'en- vironnement, de maintenir à un niveau aussi faible que possible les investissements financiers et les frais de fonctionnement, et enfin de parvenir a des rendements de production optimaux de façon économique et simple grâce à une conception fonctionnelle d'ensemble de l'installation. Le problème ainsi posé est ici résolu par les dispositions suivantes: le four tubulaire rotatif est un four du type court, le refroidisseur est orienté en sens inverse de ce four tubulaire, et l'extrémité de sortie du refroidisseur pénètre dans le bâti d'échange de chaleur. En faisant pénétrer la sortie du refroidis- seur dans la partie inférieure du bâti d'échange de chaleur, l'invention a l'avantage d'amortir nettement le bruit émis, qui est le plus fort dans la zone de sortie d'un dispositif de refroidissement, et cela permet de maintenir par des moyens simples dans les limites exigées le bruit imposé à l'environnement. La réalisation ramassée et resserrée qui en résulte offre encore d'autres avantages du fait de l'uti- lisation optimale de la place disponible. Dans la réalisation de l'installation propo- sée, le refroidisseur est de plus un refroidisseur tubu- laire rotatif. Ce type de refroidisseur convient particu- lièrement bien du fait que ses dimensions externes corres- pondent approximativement à celles du four tubulaire rota- tif, ce qui facilite dès le départ l'harmonisation fonc- tionnelle de la conception d'ensemble de l'installation. Il est aussi prévu que l'extrémité de sortie du refroidisseur se trouve à une certaine distance du côté du bâti d'échange de chaleur opposé au four tubu- laire rotatif, et qu'au moins dans la zone de sortie du refroidisseur il y ait au moins un chemisage d'isolement sonore. L'avantage de ces mesures réside en ce que la mise en place d'un chemisage d'isolement acoustique n'est pas compliquée et peut donc être réalisée avec des dépenses relativement réduites en frais financiers et en éléments de construction, du fait que, pour loger les parois d'insonorisation, le bâti d'échange de chaleur est de toute façon déjà disponible dans la conception de l'ins- tallation et convient le mieux dans ce but. D'autres avantages résultent du fait que les extrémités, du côté de l'échangeur de chaleur, du four tubulaire rotatif et du refroidisseur tubulaire rotatif, sont enfermées dans des enveloppes en caissons disposées l'une au-dessous de l'autre et reliées l'une à l'autre. Ces dispositionspermettent également de diminuer encore davantage et à peu de frais l'émission de bruit, et de plus, le chemisage, notamment celui de l'extrémité du four tubulaire rotatif située vers l'échan- geur de chaleur, en liaison avec l'isolement de la sortie du refroidisseur par une enveloppe en caisson, éliminant l'une des sources les plus gênantes d'émission de pous- siêres. On connaît en effet le risque de formation de poussières en cet endroit du four tubulaire rotatif par des "bouffées", des gaz chauds du four, mais il peut également se former parfois une couche annulaire de matière dans la région de la zone de préparation du frittage dans le four tubulaire rotatif devant laquelle la matière fait de la poussière, comprime les bagues de contact étanches disposées élastiquement et laisse sortir de la matière chaude ainsi que de la poussière. La disposition selon l'invention du four et du refroidisseur tubulaires rotatifs, et en particulier les chemises en forme de caissons à poussières disposées l'une au-dessous de l'autre et reliées l'une à l'autre, permet- tent d'éviter l'émission des poussières en service normal. De plus, et simultanément, les suites peu agréables d'une formation de matière annulaire sont maîtrisées car, dans ce cas, la poussière et/ou la matière chaude sortante par- viennent à la zone d'aspiration du refroidisseur situé au-dessous et sont aspirées par lui. Il est en outre prévu de surmonter le four rotatif court d'une conduite d'air tertiaire. Cette mesure connue en soi, qui est fonctionnellement essentielle pour une réalisation extrêmement courte du four tubulaire rotatif dont l'entrée est reliée à un four de calcination en amont, permet de déterminer,, ce qui est fondamental pour l'invention, les dimensions du four tubulaire rotatif court et du refroidisseur tubulaire rotatif particulièrement importantes pour résoudre le problème posé. On prévoit aussi que la différence de lon- gueur entre le four tubulaire rotatif et le refroidisseur soit inférieure à la longueur du bâti d'échange de chaleur. Cela permet avantageusement de disposer au-dessous du four tubulaire rotatif le refroidisseur orienté en sens inverse de celui-ci, de façon que le côte sortie du refroidisseur pénètre dans le bâti d'échange de chaleur alors que le côté entrée du four tubulaire rota- tif pénètre également dans ce bâti. Dans une forme de réalisation de l'invention, le rapport entre la longueur et le diamètre est approximati- vement le même pour le tour tubulaire rotatif et pour le refroidisseur tubulaire rotatif, ce qui facilite beaucoup l'harmonisation, nécessaire pour résoudre-le problème posé, des dimensions de l'installation et notamment de ses élé- ments. Il est en outre avantageux que le rapport longueur/ diamètre se situe approximativement entre 12 et 6, de préfé- rence entre 10 et 9. Ces dimensions donnent ainsi une forme de construction très ramassée, ce qui permet également de répondre à la condition préalable posée d'un prix de revient favorable. La diminution des surfaces rayonnantes permet également de diminuer les pertes de chaleur du four tubu- laire rotatif. Enfin, un chemisage au moins partiellement nécessaire pour des parties de l'installation en vue de diminuer le bruit, est fondamentalement simplifié et rendu moins cher par suite de la forme ramassée de l'installation. En dernier lieu,-une autre particularité intéressante liée à la conception globale de l'installation selon cette invention est la présence dans le bâti d'échange de chaleur d'un concasseur situé en aval du refroidisseur, ce qui, en plus des autres avantages, maintient sans dépense supplémentaire dans les limites exigées le bruit et le dégagement de poussière provenant du concasseur, la poussière étant aspirée par le refroidisseur et le bruit sortant par du bâti insonorisé. L'invention sera maintenant décrite plus en détail par un exemple de réalisation montré sur les figures du dessin annexé parmi lesquelles: - la figure 1 présente, partiellement en projection et partiellement en coupe, la partie inférieure d'un b&ti d'échange de chaleur, avec le four tubulaire rotatif et le refroidisseur disposé en sens inverse de celui-ci, et - la figure 2 présente, partiellement en projection et partiellement en coupe aussi, les extrémités du four tubulaire rotatif et du refroidisseur tubulaire rotatif situées dans l'échangeur de chaleur et qui sont entou- rées d'enveloppes en caisson pour v retenir la poussière. La figure 1 montre la partie inférieure d'un bâti 1 d'échange de chaleur. On peut y reconnaître un cyclone inférieur 2 dont la sortie des gaz-est reliée à un four de calcination 3. Celui-ci est alimenté par un conduit 4 d'air tertiaire en air chaud et en gaz chaud s'échappant du four tubulaire rotatif 6. Une tubulure d'admission 7 sert à l'introduction du combustible. La poudre brute calcinée et chauffée arrive par un conduit 8 du cyclone 2 à une tête du four tubulaire rotatif 6. Ce four 6 est ce que l'on appelle un four tubulaire rotatif court, ayant par exemple une longueur L1 voisine de 40 mètres et un diamètre D1voi- sin de 4 mètres. Le four tubulaire rotatif 6 est monté de façon à pouvoir tourner sur les galets de roulement de postes 10 et 11 et il est mis en rotation de façon connue au poste 12 par un dispositif comportant un moteur, une transmission et un pignon qui agit sur une couronne dentée. L'extrémité de sortie 13 du four rotatif tubulaire 6 débouche dans une enceinte 14 prolongée, au-dessous du four tubulaire rotatif 6, par l'extrémité d'entrée du refroidis- seur tubulaire rotatif 15. Ce refroidisseur 15 a par exem- ple une longueur totale L2 d'environ 44 mètres pour un diamètre D2 de 4,8 mètres. L'enceinte commune 14 reliant le four tubulaire rotatif 6 au refroidisseur tubulaire rotatif 15 est traversée par une lance de brûleur 16 qui produit la flamme 17 dans le four tubulaire rotatif 6. Le refroidisseur tubulaire rotatif 15 est monté de son côté sur deux postes 18 et 19 à galets de roulement et il est entraîné, comme le four 6, par un poste d'entraînement 20. La zone médiane du refroidisseur rotatif 15 a un diamètre un peu plus grand pour prolonger le temps mis par la matière à parcourir le tube. Dans cette zone, le chemisage du refroidisseur tubulaire 15 se termine par un garnissage réfractaire, de sorte que la zone 21 de l'extrémité de sortie du refroidisseur tubulaire ne possède pas de garnissage car la température de la matière à y refroidir est déjà fortement diminuée. Mais cela augmente également l'émission de bruit du refroidisseur 15, 21. L'extrémité de sortie 21 pénètre pour sa part profondément dans le bâti 1 d'échange de chaleur et se termine à une distance L3 du côté de la paroi 22 de ce bâti opposé au tube rotatif. En plaçant au-dessous du four rotatif court 6 le refroidisseur 15 dirigé en sens inverse, on obtient une disposition remarquablement ramassée et resserrée de ces éléments. Pour diminuer le bruit qui, comme il a été dit, provient en particulier de la zone de sortie 21 du refroidisseur 15, l'étage inférieur 23 du bâti d'échange de chaleur est isolé par un chemisage d'insonorisation 24, qui est avantageusement prolongé par un autre chemisage d'insonorisation 26 s'étendant à la zone de la plaque de fondation 25 du poste d'entraînement 12. La figure 2 montre en coupe une partie du dispositif de la figure 1 dans lequel la zone 9 de sortie du four tubulaire 6 est entourée d'une enveloppe 30 en forme de caisson à poussière, et l'extrémité 21 de sortie du refroidisseur tubulaire rotatif 15 est également entourée d'une enveloppe 31 en forme de caisson à poussière, ces deux caissons 30 et 31 étant reliés par une goulotte 32, qui fait descendre dans le caisson à poussière 31 la poussière ou la matière arrivant dans le caisson 30, pour qu'elle soit aspirée dans le refroidisseur rotatif 15 par l'air de refroidissement qui y pénètre. Pour régler la quan- tité d'air de refroidissement qui entre, le caisson à pous- sière 31 comporte des volets 33 réglables, formant regis- tres. Un broyeur à marteaux 34 est disposé au-dessous de la zone de sortie 21 du refroidisseur pour broyer la matière déversée, et ce qui provient de ce broyeur tombe sur un transporteur 35 placé au-dessous et qui n'est représenté que de façon purement schématique. La disposition des caissons à poussière 30 et 31 ainsi que leur liaison par la goulotte 32 permettent de maintenir sans poussière les zones de fonc- tionnement dans le domaine d'entrée 9 du four tubulaire rota- tif ainsi que dans le domaine de sortie 21 du refroidisseur tubulaire rotatif et du broyeur à marteaux 34. Cela est 1s important pour la santé du personnel de service et pour sa protection contre les accidents. De plus, la disposition particulière selon l'invention, notamment celle du refroi- disseur dirigé en sens inverse du four tubulaire et qui pénètre dans la zone d'insufflation d'air froid du bâti d'échange de chaleur, permet de maîtriser, déjà avec de faibles dépenses en chemisages d'insonorisation 25 et 26 (figure 1), les principales sources d'émission de bruit. Par sa structure ramassée, l'installation est en outre particulièrement économique, aussi bien en investissements qu'en dépenses d'énergie et de fonctionnement, et elle ne nécessite qu'une partie de la place qu'exigeaient les anciennes installations. On note enfin aue la différence 1 L entre la longueur L2 du refroidisseur 15 et la-longueur L1 du four 6 est inférieure à la longueur L4 du bâti 1 d'échange de chaleur. REVENDICAT IONS 1 - Installation pour la cuisson de matières finement divisées, en particulier de ciment brut en poudre pour obtenir le clinker, comportant un préchauffeur, notam- ment un four de calcination, situé dans un échangeur de cha- leur, et un four tubulaire rotatif suivi d'un refroidisseur du clinker, installation caractérisée en ce que le four tubulaire rotatif (6) est un four du type court; le refroi- disseur (15) est orienté en sens inverse du four tubulaire et l'extrémité de sortie (21) du refroidisseur (15) pénètre dans le bâti (1) d'échange de chaleur. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le refroidisseur (15) est un refroi- disseur tubulaire rotatif. 3 - Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité de sortie (21) du refroidisseur (15) se termine à une distance (L3) du côté (22) de la paroi du bâti (1) d'échange de chaleur opposé au four tubulaire rotatif. 4 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle com- porte au moins un chemisage d'insonorisation (24), au moins dans la zone de la sortie (21) du refroidisseur. - Installation selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisée en ce que les extrémités (13, 21) du four tubulaire rotatif (6) et du refroidisseur tubulaire rotatif (15) situées vers l'échangeur de chaleur sont enfermées dans des caissons (30, 31) reliés l'un à l'autre. 6 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le four tubulaire rotatif court (6) est surmonté d'une conduite (4) d'air tertiaire. 7 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la diffé- rence ( A L) entre les longueurs (L2, L1) du refroidisseur (15) et du four tubulaire rotatif (6) est inférieure à la longueur (L4) du bâti (1) d'échange de chaleur. 8 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le rapport longueur/diamètre est à peu près le même pour le four tubu- laire rotatif (6) (L1/D1) et pour le refroidisseur tubulaire rotatif (15) (L2/D2). 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le rapport longueur/diamètre, pour le four et le refroidisseur est approximativement compris entre 12 et 6, de préférence entre 10 et 9. 10 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un concas- seur (34) est placé en aval du refroidisseur (15, 21) dans le bati (1) d'échange de chaleur.