Brevet FR2463754A1 — publié le 19810227

L'invention concerne un procédé de cuisson de matières premières, en particulier pour la fabrication de clinker à partir de matières premières de ciment, dans lequel on prépare les matières premières, on les agglomère en grenailles, on sèche celles-ci et on les désacidifie partiellement. En outre, l'invention concerne une installa- tion pour la cuisson de matières premières, en particulier pour la fabrication de clinker à partir de matières pre- mières de ciment, comportant une grille mobile traversée par du gaz chaud, un four de frittage placé à la suite et un refroidisseur placé à la suite du four. Des procédés et installations de la catégorie définie sont connus et décrits par exemple dans la publica- tion de Walter H; Duda, "Cement-Data-Book", Internat. Verfahrenstechniken der Zementindustrie, 2ème édition, Wiesbaden, Berlin: Bauverlag; ISBN 3-7625-0834-8, 1977, pages 375 à 378. D'après les indications de l'ouvrage cité, la consommation de chaleur des installations de ce genre est de 4200 à 3300 kJ/kg de clinker. Etant donné l'évolution de la technique, et aussi, éventuellement, l'extension des débouchés locaux, on désire souvent augmenter la productivité des installa- tions de ce genre, en particulier d'installations anciennes et amorties, et, autant que possible, améliorer aussi l'économie. L'invention a pour but de fournir un procédé et une installation de cuisson qui permettent, en conservant le plus possible les composants d'installation existants de la catégorie précitée, de réaliser un ensemble nouveau et intégré de procédé et d'installation, de manière, tout d'abord, à augmenter notablement la productivité. En outre, et autant que possible, il faut diminuer dans l'ensemble la consommation spécifique d'énergie thermique par kilo de clinker, y compris le séchage des matières premières. Un autre but important de l'invention est d'obtenir le résultat désiré en économisant le plus possible sur les investisse- ments et sur le travail de montage. Il s'agit en outre d'organiser le projet nécessaire de conversion et construc- tion nouvelle, de façon telle que l'on évite autant que possible une interruption prolongée de la production des composants existants. Et enfin, il faut que la conception globale réalisée selon l'invention permette de remplir les conditions indiquées avec le minimum d'encombrement supplé- mentaire, puisque c'est précisément l'encombrement qui pose souvent, dans les installations existantes, un problème particulièrement difficile à résoudre. Ce problème est résolu par un procédé carac- térisé en ce que, simultanément, on amène à un dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz au moins une partie supplémentaire des matières premières de ciment en tant que farine brute, qu'on l'y chauffe et qu'on l'y désacidifie au moins partiellement et que dans un calcina- teur, on la désacidifie à peu près complètement, après quoi on réunit les grenailles et la farine désacidifiée en un mélange, on désacidifie complètement le mélange dans un réacteur thermique, et on termine sa cuisson pour obtenir un clinker. On obtient ainsi un avantage surprenant, à savoir que le transfert de chaleur du gaz de combustion chaud au mélange de grenailles et de farine est notablement meil- leur qu'entre le gaz et les grenailles seulement. Grace à cet effet positif surprenant, on obtient selon l'invention les avantages suivants: 1. la production est accrue dans une mesure atteignant 100 %, 2. on conserve dans la plus large mesure les composants existants, 3. les constructions nouvelles nécessaires à l'accroissement de la production représentent des investis- sements spécifiques peu importants, 4. la farine brute a une moindre teneur en humidité que les grenailles crues, et, étant donné que les pertes spécifiques de l'installation de cuisson par rayonnement sont réduites, la consommation spécifique de chaleur du processus intégré est diminuée, 5. la dépense d'agglomération de la farine brute est supprimée, 6. si la matière première a une humidité ne dépassant pas 8 % environ, le séchage de toute la quan- tité de farine brute introduite peut s'effectuer sans foyer supplémentaire, avec la quantité de chaleur des gaz sortant de l'échangeur thermique et de l'air sortant du refroidisseur, ce qui assure une nouvelle diminution de la consommation spécifique de chaleur du processus intégré, y compris le séchage lors du broyage. 7. l'encombrement des composants supplémen- taires est réduit. Selon un mode d'exécution du procédé, le mélange contient des grenailles ayant un degré de désacidi- fication moyen de 0 à 60 %,et de la farine ayant un degré de désacidification de 30 à 95 %. Selon une variante, le mélange contient des grenailles ayant une température de 300 à 700OC et de la farine ayant une température de 700 à 9800C. Grâce au degré de désacidification élevé et à la température élevée de la farine relativement aux grenailles, l'avantage obtenu est que le besoin de chaleur du réacteur thermique existant primitivement, habituelle- ment un four rotatif, lors de la désacidification complète du mélange et aussi de la cuisson finale donnant le clinker, est maintenu entre les limites extrêmes permises. Selon un mode d'exécution qui agit dans le même sens, on élève la température et/ou le degré de désacidification des grenailles, avant de les décharger de la grille mobile, par un apport supplémentaire d'énergie thermique. Selon un autre mode d'exécution, on ajoute du combustible au mélange, de préférence-avant l'entrée du réacteur thermique et/ou dans la zone d'entrée de celui-ci. L'avantage de cette mesure est que cette proportion de combustible couvre une partie du besoin de chaleur lors de la calcination dans le réacteur thermique, et que la charge thermique de la zone de frittage est ainsi réduite. Le combustible peut avantageusement être amené sous forme de morceaux.- L'inventiôn propose aussi une installation pour la cuisson de matières premières, en particulier pour la fabrication de clinker à partir de matières premières, comportant une grille mobile traversée par du gaz chaud, un four de frittage placé à la suite et un refroidisseur placé à la suite du four, et caractérisée par un dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz disposé en outre au dessus de l'entrée du four de frittage, branché en parallèle à la grille mobile, si l'on considère le passage de la matière, et en particulier muni d'un calcinateur et d'un foyer secondaire. Il est vrai qu'il est déjà connu, en soi, dans une installation pour la cuisson de matières premières du type défini ci-dessus, de disposer en outre au-dessus de l'entrée du four de frittage un dispositif de préchauf- fage par mise en suspension dans les gaz (DE-AS 2.657.621) mais ce dispositif de préchauffage connu est placé à la suite de la grille mobile, si l'on considère le passage de la matière, contrairement à l'invention. En outre, il ne possède pas de calcinateur ni de foyer secondaire. Contrairement à la disposition connue, l'installation de cuisson de matières premières selon l'in- vention, dans laquelle le dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz prévus en supplément est branché en parallèle à la grille mobile, si l'on considère le passage de la matière, selon une caractéristique essen- tielle de l'invention, a pour avantage que l'on évite de faire supporter en outre à la grille mobile la matière supplémentaire qui traverse l'installation intégrée. Etant donné que la grille mobile peut être alimentée exclusive- - ment en matière en morceaux, par exemple en boulettes, la disposition en parallèle selon l'invention permet de 24637S4 supprimer les moyens servant à agglomérer la farine brute à amener en supplément,et, en outre, la quantité d'eau de liaison nécessaire à cette agglomération, par exemple dans le cas de l'agglomération en boulettes, et qui peut attein- dre, pour les boulettes, 15 % en poids. Par suite, dans l'installation selon l'invention, on évite aussi la dépense supplémentaire d'énergie thermique qui serait nécessaire pour sécher les grenailles avant le processus de cuisson proprement dite. Selon un autre mode d'exécution, parallèle- ment au four de frittage est prévue une conduite d'air tertiaire disposée parallèlement au four de frittage et conduisant du refroidisseur au dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz et de préférence au foyer secondaire. Par cette conduite d'air tertiaire, le four de frittage, habituellement sous forme de four rotatif, est soulagé du débit de gaz accru. Selon un autre mode d'exécution, de la conduite d'air tertiaire se détache une conduite de dériva- tion qui débouche sur la grille mobile. Cette conduite de dérivation sert avantageusement à couvrir le besoin accru d'air comburant chaud de la grille mobile, en particulier lorsqu'il existe, selon l'invention, un brûleur supplémen- taire de préférence disposé dans la région de déversement de la grille mobile. L'invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemnle Particulier de réalisation,décrit ci-après, à titre non limitatif, en référence à la figure unique, qui représente un schéma par blocs de l'installation de cuisson intégrée selon l'invention. L'installation de cuisson comnrend la grille mobile 1 alimentée en grenailles 3 par un plateau d'agglomé- ration 2. La couche de grenailles, qui se meut avec la chaîne grillagée sans fin 4 dans le sens de la flèche 5 est traversée par un gaz chaud, indiqué symboliquement par les flèches 6 et 7; elle est tout d'abord séchée à tem'érature croissante, puis précuite et au moins partiellement cal- cinée. Les grenailles traitées thermiquement qui roulent hors de la grille mobile 1, 4 arrivent, par la goulotte 8, dans la zone d'alimentation 9 du four rotatif 10. Au four rotatif 10 se rattache, du côté du brûleur 11, un refroidisseur de clinker 12. Au-dessus de la zone d'entrée 9 du four rotatif 10 est disposé un dispositif de pré- chauffage par mise en suspension dans les gaz 13 qui, selon l'invention, est branché en parallèle à la grille mobile 1 en ce qui concerne le passage de la matière. Ce dispositif de préchauffage 13 est formé de quatre étages 14, 15, 16 et 17 et il est en outre équipé d'un calcinateur sous la forme d'un parcours de réaction 18 comportant un foyer secondaire 19 indiqué schématiquement. Parallèlement au four rotatif 10 est disposée une conduite d'air ter- tiaire 20, qui est raccordée au refroidisseur en 21 et débouche en 22 dans le calcinateur 18. De cette conduite d'air tertiaire 20 se détache une conduite 23, qui débouche en 24 sur la grille mobile 1. Aussi bien dans la conduite d'air tertiaire 20 que dans la conduite de dérivation 23 sont disposés des organes d'arrêt 25, 25'. La grille mobile 1 est en outre équipée d'une tubulure d'échappement de gaz 26 et, de plus, selon l'invention, elle comporte un brûleur supplémentaire, indiqué de façon purement symbolique par la flèche 27. De la partie la plus haute du dispositif de préchauffage Dar mise en suspension dans les gaz 13, du gaz sortant est amené, par la conduite 28 et un ventilateur 29, à un appareil de brossage de matière première 30. Celui-ci comprend le broyeur à marteaux 31, le broyeur tubulaire 32, le séparateur à air 33 avec conduite de recyclage de menu 34, le séparateur trieur 35 muni de l'extracteur 36 et du filtre à air 37 avec extracteur 38 et cheminée 39. La matière première à brover est retiree, de manière en elle- même connue, d'un silo d'homogénéisation 40 au moyen d'un distributeur à dosage gravimétrique 41, et amenée, par le sas à double volet 42, au broyeur à marteaux 31. La farine brute finie est retirée du sé-,arateurtrieur 35 à l'aide du sas à roue à palettes 43 et mise en réserve, en même temps que les fines obtenues dans le filtre 37, par la conduite 44, dans une batterie de silo d'homogénéisation de farine brute 45. De ce silo d'homogénéisation de farine brute 45, de la farine brute est retirée par des organes distributeurs à dosage gravimétrique 46 et 47 et amenée d'une part, comme l'indique la flèche 48, au plateau d'ag- glomération 2 en même temps que de l'eau de liaison en gouttelettes dosées, suivant la flèche 49. De la farine brute, retirée en même temps par le doseur 47, est d'autre part amenée, comme l'indique la flèche 50, par un.appareil transporteur, par exemple une pompe Fuller ou centrifuge 51, en passant Dar la conduite 52, a la conduite de gaz 53 qui mène du cyclone à échangeur thermique 15 au cyclone à échangeur thermique 14. Pour le cas o une installation de broyage et de séchage de matière première - non représentée - munie éventuellement d'un générateur de gaz chaud séparé, est adjointe à l'installation qui seule existait primitivement, et comprenait la grille mobile 1, le four rotatif 10 et le refroidisseur de clinker 12, on peut continuer d'utiliser cette dernière sans le générateur de gaz chaud, en conser- vant sa fonction, si l'on amène à cette installation de broyage et de séchage du gaz chaud venant du dispositif de Préchauffage 13, à l'aide de la conduite de liaison 58. En pareil cas, l'installation de broyage et de séchage 30 est simplement conçue pour diviser la quantité de farine brute amenée au disnositif de préchauffage supplémentaire 13. Dans le dispositif de préchauffage 13, la farine brute est transportée vers le bas, de façon connue, avec chauffage continuel d'un étage à l'autre et de ce fait au moins partiellement calcinée. Du troisième cyclone 16, de la farine brute chauffée et au moins partiellement calcinée est introduite par la conduite 54 dans le)arcours de réaction 18 du calcinateur et, mélangée avec du combus- tible du foyer secondaire 19 et de l'air chaud de sortie du refroidisseur, venant de la conduite d'air tertiaire 20, elle est soumise à une réaction de calcination spontanée et après un nouvel échange thermique dans le cyclone 17, elle est amenée par la conduite 55 en direction de la goulotte d'entrée 8 et dans la zone d'entrée 9 du four rotatif 10, o les fines calcinées forment un mélange intime avec lés grenailles. Un dispositif servant à amener du combustible - de préférence en morceaux - est désigné par 59. Il peut s'agir de charbon, de charbon de basse qualité, de déchets tels que des vieux pneumatiques frag- mentés,d'ordures ménagères ou d'autres substances combus- tibles. La charge 56 du four rotatif 10, formé de ce mélange de grenailles et de farine et éventuellement de combustible supplémentaire, parcourt tout d'abord la zone de calcination "Ka" et ensuite la zone de clinker "KI" du four rotatif 10. Du clinker entièrement cuit est retiré par la cheminée 57 et amené au refroidisseur de clinker 12, o il se refroidit de manière en elle-même connue. L'invention n'est pas seulement limitée à l'exemple d'exécution représenté par le schéma. Un point essentiel de l'invention est que la grille mobile 1 et le dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz 13 sont disposés en parallèle, dans la direction de passage de la matière. Toutefois, la nature et l'exécution de ces organes permettent différentes variations, de manière en elle-méme connue. Ainsi par exemple, la grille mobile 1 peut être à un ou plusieurs écoulements, le four rotatif 10 placé à la suite peut être du type court, le refroidisseur 12 peut être de n'importe quel type connu, qu'il s'agisse d'un refroidisseur de clinker à grille, d'un refroidisseur à tubes, d'un refroidisseur à satellite ou d'une autre exécution quelconque. Le dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz, 13, indiqué dans l'exemple, peut être à quatre étages ou encore comporter un autre nombre d'étages, il - peut, par exemple aussi, être équipé de deux lignes paral- lèles de préchauffage de farine brute et/ou d'un précalci- nateur. Un réacteur à couche fluidisée peut aussi être prévu comme calcinateur. Dans la conduite d'air tertiaire peut être disposé par exemple un dépoussiéreur à cyclone et, enfin, le dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz peut aussi par exemple se présenter sous la forme d'un échangeur thermique à contre-courant en forme de cheminée, en lui-même connu également. De même, l'appareil de broyage de matière première n'est qu'un exemple d'un appareil de préparation de matière première pouvant être adapté à l'état de la matière première dans le cas d'espèce, et dont l'ordre de grandeur effectif et la conception doi- vent être fixés librement dans le cadre de règles reconnues dans la pratique de l'homme du métier. Toutes ces variantes de l'installation de cuisson, accessibles au praticien sans acte inventif, rentrent dans le cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de cuisson de matières premières, en particulier pour la fabrication de clinker à partir de matières premières de ciment, dans lequel on prépare les matières premières, on les agglomère en grenailles, on sèche celles-ci et on les désacidifie partiellement. Procédé caractérisé en ce que, simultanément, on amène à un dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz au moins une partie supplémentaire des matières premières de ciment en tant que farine brute, qu'on l'y chauffe et qu'on l'y désacidifie au moins partiellement et que dans un calcinateur, on la désacidifie à peu près com- plètement, après quoi on réunit les grenailles et la farine désacidifiée en un mélange, on désacidifie complètement le mélange dans un réacteur thermique, et on termine sa cuis- son pour obtenir un clinker. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange contient des grenailles ayant un degré de désacidification moyen de 0 à 60 % et de la farine ayant un degré de désacidification de 30 à 95 %. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le mélange contient des grenailles ayant une température de 300 à 7000C et de la farine ayant une température de 700 à 9800C. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on élève la température et/ou le degré de désacidification des grenailles, avant de les décharger de la grille mobile, par un apport supplémentaire d'énergie thermique. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on ajoute du combustible au mélange, de préférence avant l'entrée du réacteur thermique et/ou dans la zone d'entrée de celui-ci. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on ajoute le combustible sous forme de morceaux. 7.- Installation pour la cuisson de matières premières, en particulier pour la fabrication de clinker à partir de 1l matières premières de ciment comportant une grille mobile traversée par du gaz chaud, un four de frittage placé à la suite et un refroidisseur placé à la suite du four, et caractérisé par un dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz (13) disposé en outre au-dessus de l'entrée (9) du four de frittage, branché en parallèle à la grille mobile (1), si l'on considère le passage de la matière, et en particulier muni d'un calcinateur (18) et d'un foyer secondaire (19). 8.- Installation selon la revendication 7, caractérisée par une conduite d3air tertiaire (20) disposée parallèlement au four de frittage (10) et conduisant du re- froidisseur (12) au dispositif de préchauffage par mise en suspension dans les gaz (13) et de préférence au foyer se- condaire (19). 9.- Installation selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée par une conduite de dérivation (23) se détachant de la conduite d'air tertiaire (20) et débouchant sur la grille mobile (1). lO-Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un brQleur supplémentaire (27) de préférence disposé dans la zone de déversement de la grille mobile (1). 11.- Installation selon l'une-quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce qu'une conduite de liaison (58) est disposée entre le ventilateur d'échangeur thermique (29) et un broyeur adjoint à la grille mobile (1).