Brevet FR2467827A1 — publié le 19810430

La présente invention est relative à un procédé de fabrication de ciment dans lequel la farine crue, préchauffée en un échange de chaleur en plusieurs stades avec le courant chaud de gaz de sortie d'un calcinateur vertical, mélangée dans ce calcinateur à du combutstible divise et préchauffe et ayant reçu un apport de chaleur supplémentaire pour la calcination par combustion du combustible, est séparée du courant chaud de gaz de sortie après avoir été entraînée par celui-ci hors du calcinateur et est cuite dans un four rotatif pour former un clinker que l'on refroidit ensuite au moyen d'air de refroidissement, au moins un courant partiel des gaz de sortie du four rotatif etant introduit par le bas dans le calcinateur auquel on delivre de preference, comme air comburant, au moins une partie de l'air de refroidissement chauffé ; l'invention concerne aussi une installation pour la mise en oeuvre du procédé. Etant donné que les processus de préchauffage et de calcination de la farine crue se déroulent obligatoirement trop lentement et de façon trop coûteuse dans un four rotatif qui convient très bien en principe à la cuisson de clinker, on a entrepris d'effectuer autant que possible hors du four rotatif le prechauffage et la calcination de la farine crue. A cet effet, dans des installatio-ns connues, on a prévu, avant le four rotatif, des appareils dits calcinateurs dans lesquels on mélange la farine crue prechauffee à du combustible divisé, de sorte que lors de la combustion du combustible, la quantité de chaleur nécessaire pour chasser le dioxyde de carbone du constituant calcaire peut être fournie à la farine crue. Les gaz de sortie chauds de ces calcinateurs servent en outre à prechauffer la farine crue, ce qui permet de tirer convenablement parti de la chaleur passive. Par conséquent, dans le four rotatif, il suffit encore de cuire la farine crue largement calcinée pour la transformer en clinker.En effectuant hors du four rotatif le processus de calcination, il est devenu possible d'utiliser pour la calcination des combustibles de moins bonne qualite, ce qui doit être considére comme un autre avantage du procédé de précalcination. Toutefois, il faut préparer ces combustibles avant qu'ils n'arrivent au calcinateur. Cette préparation comprend en général un séchage des combustibles solides et un broyage de ceux-ci jusqu'à la finesse de la farine afin que les quantités de chaleur nécessaire à la calcination puissent effectivement être fournies. Par con séquent, la possibilité d'utiliser des combustibles solides de moins bonne qualité pour la calcination hors du four rotatif entraîne une depense relativement grande qui diminue à nouveau l'économie de l'utilisation de combustibles de moins bonne qualité. Pour pouvoir mieux tirer parti du combustible introduit, on préchauffe celui-ci. A cet effet, il est connu (DE-OS 2 541 564) d'introduire le combustible broyé dans le calcinateur par un tuyau d'injection en utilisant, pour transporter le combustible, l'air de refroidissement chauffe qui vient du refroidisseur relié au four rotatif. Cet air de refroidissement n'assure pas seulement un préchauffage du combustible mais peut aussi servir d'air comburant. Etant donné que la chaleur sensible de l'air de refroidissement ne suffit pas à porter le combustible au niveau de température desire, il faut assurer un chauffage supplémentaire du combustible. Avant que le combustible n arrive au calcinateur, on le fait passer à travers une chambre annulaire entourant le calcinateur, de sorte que par l'intermédiaire de la paroi du calcinateur parcouru par le courant chaud de gaz de sortie du four rotatif, il s'effectue un transfert de chaleur aux particules de combustible. Toutefois, malgré ce préchauffage progressif du combustible, il n'est pas possible de se passer d'une préparation spéciale du combustible, surtout d'un séchage, même lorsque le tuyau d'injection est relié à un pulvérisateur à jet d'air auquel on amène par exemple du charbon en gros morceaux qui, à l'état finement broye, est entraîne par le courant du tuyau d'injection.Par conséquent, à l'aide de l'installation connue, on ne peut egalement utiliser du combustible de moins bonne qualité qu'après un prétraitement tout à fait independamment du fait qu'en introduisant le combustible par des chambres annulaires entourant le calcinateur et formant des cavités de tourbillonnement, on obtient une construction coûteuse qui ne peut guere répondre aux conditions exigées par la grande charge thermique. Ainsi, l'invention a pour but de perfectionner un procedé de l'espèce définie plus haut de façon telle que l'on puisse même utiliser sans préparation speciale un combustible de basse qualité ayant une teneur en humidité relativement elevee, dans des calcinateurs usuels simples. Selon l'invention, le probleme posé est résolu par le fait que l'on divise le combustible dans le courant de gaz sortant du four rotatif et amené au calcinateur et qu'on le délivre au calcinateur dans ce courant de gaz porteur. Etant donné que l'on divise le combustible dans le courant chaud de gaz de sortie du four rotatif, il est superflu de sécher au préalable le combustible qui se sèche rapidement pendant la division en vertu de la grande différence de température, la chaleur d'évaporation étant empruntée aux gaz de sortie chauds du four, de sorte qu'étant donné le refroidissement que subissent ainsi ces gaz, le risque de surchauffé est exclu. Pendant que le combustible divisé est transporte dans le courant de gaz de sortie, un supplément de chaleur est fourni au combustible, ce qui assure une meilleure utilisation du combustible, de sorte qu'il devient superflu de le broyer à la finesse de la farine. Par suite, il suffit de le broyer par exemple à une grosseur de grain de 20 mm en diamètre. Afin que le combustible puisse seulement s'allumer immédiatement avant son entrée dans le calcinateur, il faut conduire le processus de cuisson dans le four rotatif de façon telle que les gaz de sortie du four aient une faible teneur en oxygene. Si, en conduisant ainsi le processus de cuisson, et après avoir divisé le combustible, on mélange de l'air comburant au courant de gaz provenant du four rotatif et introduit dans le calcinateur par le bas, le combustible s'allume de façon indésirable. Ainsi, à la farine introduite dans le calcinateur et que l'on mélange intimement au combustible entrant dans le calcinateur par le bas, on peut, sans moyens particuliers, fournir la quantité de chaleur nécessaire pour chasser 1 'anhy- dride carbonique. L'air comburant mélange au courant de gaz de sortie assure un refroidissement supplémentaire de ce courant et, en agissant sur la température de l'air comburant, on peut commander la température à laquelle le courant de gaz sortant du four rotatif entre dans le calcinateur. par conséquent, moyennant une conception appropriée, on peut tirer parti de de toute la chaleur du gaz sortant du four rotatif pour sécher et préchauffer le combustible, ce qui n assure pas seulement des trajets relativement courts du combustible, mais encore une économie de gaz puisque les quantités de gaz formées sont conservées dans le processus. Etant donné que le procédé selon l'invention permet de bien tirer parti de combustibles de basse qualite, il est possible aussi de remplacer par un combustible de qualité inférieure le combustible de haute qualité utilise dans le four rotatif lui-même, plus précisément selon un développement de l'invention, caractérisé par le fait que dans le courant de gaz de sortie du four rotatif, délivré au calcinateur, on divise une quantité de combustible superieure à celle qui est nécessaire à la calcination de la farine crue et que l'on délivre au four rotatif l'excès de combustible, avec la farine crue calcinée. Pour permettre de mettre en oeuvre de façon aussi simple que possible le procédé selon l'invention, on propose une installation comportant un calcinateur vertical relié à un echangeur thermique à plusieurs étages chauffé par les gaz chauds sortant du calcinateur et agissant sur la farine crue à traiter, un dispositif d'amenée de combustible divisé, faisant suite à un broyeur et débouchant dans le calcinateur, et un separateur de farine crue calcinée dispose dans le courant de gaz de sortie du calcinateur et relié à un four rotatif, un tuyau à gaz de sortie du four rotatif aboutissant au calcinateur par le bas, installation caractérisée par le fait que l'enveloppe du broyeur forme une partie du tuyau destiné au gaz sortant du four rotatif et que le dispositif d'amenee du combustible est formé par le tuyau à gaz de-sortie servant de tuyau d'amenée.On obtient ainsi une construction peu encombrante comportant des tuyaux relativement courts, sans que rien ne soit changé à la structure du calcinateur. Par conse- quent, on peut aussi convertir sans difficulté des installations exigeantes et les faire fonctionner selon le procedé nouveau. Le dessin représente sous forme schematique une installation selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé. La farine crue à traiter est amenée, par un tuyau 1 pouvant être fermé, a un échangeur thermique à plusieurs étages comprenant, dans l'exemple d'exécution, trois cyclones 2, 3 et 4 relies en serie. Du cyclone 4, la farine crue pre fg entre 800 et 850"C environ est délivrée par un tuyau d'amenée 5 à un calcinateur 6 auquel du combustible peut être amené pour engendrer des quantités de chaleur supplémentaires.Ce combustible est mélangé dans le calcinateur 6 à la farine crue Dré- chauffée, de sorte que la quantité de chaleur engendrée par la combustion du combustible peut être bien transmise à la farine crue, ce qui fait que la désacidification du calcaire par élimination du dioxyde de carbone s'amorce et se termine lorsqu'on arrive un peu au dessus de 900"C. La farine crue entraînée par le courant chaud de gaz de sortie arrive à un séparateur à cyclone 7 où elle est séparée du courant de gaz de sortie et amenée à un four rotatif 8. Le gaz de sortie chaud du calcinateur, largement débarrassé de solides, arrive au cyclone 4 en entraînant la farine crue du cyclone 3 au cyclone 4. Dans le cyclone 4, la farine crue est à nouveau séparée du courant de gaz pour être amenée au calcinateur 6 de la façon déjà décrite. Le gaz de sortie chaud arrive du cyclone 4 au cyclone 3 et le processus se répète. Par conséquent, le gaz chaud sortant du calcinateur 6 est refroidi par paliers en cédant de la chaleur à la farine crue qui est chauffée par paliers de façon correspondante. Un ventilateur 9 prévu dans le tuyau d'extraction 10 assure une vitesse d'ecoulement appropriée du gaz sortant. La farine crue largement précalcinée sortant du séparateur à cyclone 7 est chauffée encore à environ 1 400"C dans le four rotatif, de maniere à amorcer la conversion chimique des constituants de la matière première en minéraux de clinker, ce processus de cuisson étant exothermique. Les clinker cuits sont alors refroidis de façon usuelle approximativement à la température ambiante par un courant d'air de refroidissement. Toutefois, pour plus de clarté, le refroidisseur usuel prevu à cet effet n'est pas représenté. Le gaz sortant du four rotatif 8 est conduit au moins partiellement par un tuyau 11 à travers l'enveloppe 12 d'un broyeur a battoirs 13 où le combustible solide destiné au calcinateur 6 est divisé. Le combustible à diviser arrive par une amenée de combustible 14 au broyeur 13 ou il est saisi par les battoirs et divisé de façon correspondante. Le gaz de sortie du four saisit le combustible divisé et l'amende par le bas au calcinateur 6 où le combustible se mélange de la façon décrite à la farine crue venant du tuyau 5. Ainsi, le gaz du four joue ainsi le rôle de gaz porteur du combustible divise qui est en outre séché et prechauffé par le courant chaud de gaz sortant du four rotatif 8. Par suite, on peut utiliser un combustible de qualité relativement basse.La quantité d'oxygène necessaire à la combustion du combustible seulement "émiette" est couverte par l'oxygène résiduel encore contenu dans le gaz sortant du four et, de préférence, par l'oxygène de l'air de refroidissement chauffé lors du refroidissement du clinker et qui peut être amené au calcinateur 6 par les tuyaux d'amenes 15 et 16. Si la quantité de combustible amenée au broyeur 13 par l'amenée de combustible 14 est supérieure à celle qui est nécessaire pour calciner la farine crue préchauffée, et si l'installation est conçue en conséquence, une partie du combustible arrive avec la farine precalcinée au four rotatif 8 où cette quantité de combustible sert à chauffer la farine crue à la température de frittage. Par suite, on peut remplacer au moins une partie supplementaire du combustible de haute qualité utilisé dans le four rotatif par du combustible de moindre qualite puisque ce dernier est convenablement pre- paré dans l'installation elle-même. Grâce à l'installation selon l'invention, il est possible de chauffer rapidement la farine préchauffee à une température de 850 à 950"C et de maintenir cet intervalle de température par un apport concentre de chaleur de sorte que la desacidification visée de la farine crue peut s'effectuer extrêmement vite. Bien entendu, le préchauffage de la farine crue a aussi une correlation avec la température du gaz sortant du calcinateur, ce qui assure aussi un préchauffage rapide et élevé de la farine et donc des conditions constantes dans le calcinateur. Etant donné la possibilite d'utiliser des combustibles de basse qualité pour calciner la farine crue, on peut aussi utiliser des lignines, non utilisables autrement à cet effet, sans devoir procéder à une préparation coûteuse. Bien que le dessin n'indique rien sur la commande des quantités de gaz, du dosage du combustible ni sur la commande de la quantité de farine crue, pour des raisons de clarté, il est bien entendu que des dispositifs correspondants sont prévus. A ce propos, on signalera que l'exemple décrit n'est que l une des exécutions possibles. Par une modification de ce mode d'exécution, on pourrait par exemple faire passer seulement par l'enveloppe une partie du courant de gaz sortant du four rotatif. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de ciment dans lequel la farine crue, préchauffée en un échange de chaleur en plusieurs stades avec le courant chaud de gaz de sortie dXun calcinateur vertical, mélangée dans ce calcinateur a du combustible divisé et préchauffé et ayant reçu un apport de chaleur supplémentaire pour la calcination par combustion du combustible, est sépare du courant chaud de gaz de sortie après avoir éte entraînée par celui-ci hors du calcinateur et est cuite dans un four rotatif pour former un clinker que l'on refroidi ensuite au moyen d'air de refroidissement, au moins un courant partiel des gaz de sortie du four rotatif étant introduit par le bas dans le calcinateur auquel on délivre de préférence, comme air comburant, au moins un partie de l'air de refroidissement chauffé, procédé caractérisé par le fait que l on divise le combustible dans le courant de gaz sortant du four rotatif et amené au calcinateur et qu'on le délivre au calcinateur dans ce courant de gaz porteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caracterise par le fait que l'on mélange de l'air comburant au courant de gaz sortant du four rotatif et introduit dans le calcinateur par le bas, apres avoir divisé le combustible. 3. Procédé selon 1 une des revendications I et 2, caractérisé par le fait que dans le courant de gaz de sortie du four rotatif délivre au calcinateur, on divise une quantité de combustible superieure à celle qui est nécessaire à la calcination de la farine crue et que l'on délivre au four rotatif l'excès de combustible, avec la farine crue calcinée. 4. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comportant un calcinateur vertical relie à un échangeur thermique à plusieurs étages chauffé par les gaz chauds sortant du calcinateur et agissant sur la farine crue a traiter, un dispositif d'amenée de combustible divisé, faisant suite a un broyeur et débouchant dans le calcinateur, et un séparateur de farine crue calcinee disposé dans le courant de gaz de sortie du calcinateur et relié à un four rotatif, un tuyau à gaz de sortie du four rotatif aboutissant au calcinateur par le bas, installation caractérisée par le fait que l'enveloppe du broyeur (13) forme une partie du tuyau (11) destiné au gaz sortant du four rotatif (8) et que le dispositif d'amenée du combustible est formé par le tuyau à gaz de sortie (11) servant de tuyau d'amenée.