Brevet FR2468411A1 — publié le 19810508

1,- 2468411 L'invention concerne un séparateur de particules. La figure 1 représente un séparateur vertical à cyclone selon l'art antérieur. Ce type de séparateur a été très largement utilisé jusqu'ici du fait de son rendement de séparation relativement élevé et de sa construction très simple, mais ce séparateur pose cependant un certain nombre de problèmes qui seront décrits ci-après. En premier lieu ce type de séparateur selon l'art antérieur présente une chute de pression élevée. En effet, du fait de la structure ou du principe de base de l'appareil on obtient forcément un tourbillon montant en spirale vers le haut à l'intérieur d'un tourillon double, ce qui conduit à une grande consommation d'énergie. Par exemple, dans le cas d'un séparateur à un seul étage, les chutes de pression s'élèvent à 100 à 150 mm d'eau, tandis que dans le cas d'un séparateur à quatre étages ces chutes atteignent 400 à 600 mm d'eau. De telles chutes de pression conduisent à l'utilisation d'une soufflerie ou d'un ventilateur de sortie à grande puis- sance. En second lieu il est difficile de réduire la taille de l'appareil. Pour atteindre un rendement de sépara- tion élevé, les vitesses d'entrée et de sortie doivent être main- tenues entre 10 et 20 m/s. Par suite la vitesse axiale (définie comme le rapport entre le débit et la section du cylindre c) descend à moins de 5 m/s. De plus, comme il s'agit d'un sépara- teur vertical il faut prévoir l'utilisation du c8ne d, ce qui augmente la hauteur de l'appareil. Sur la figure 1 la flèche en trait plein indique le débit de gaz tandis que la flèche en pointillés indique le débit des particules, entre l'entrée a et la sortie b de l'appareil. L'invention a pour but de palliers les inconvénients ci-dessus en créant un séparateur de particules consommant moins de puissance et se présentant sous une taille très compacte. En résumé l'invention permet de réduire la consommation de puissance des souffleries et ventilateurs d'échap- pement, de réduire au minimum la chute de pression, d'augmenter la capacité d'un séparateur à un seul étage, et de réduire la hauteur de façon que l'installation totale de séparation de 2.- 2468411 particules à étages multiples reste relativement basse. A cet effet l'invention concerne un séparateur de particules caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre monté sensiblement horizontalement; une spirale ou conduit de tourbillon disposé de manière à entourer toute la moitié supérieure du cylindre à une extrémité de celui-ci, et à communiquer avec lui de manière à former une chambre de tourbil- lon; un orifice d'entrée disposé verticalement et communicant avec une extrémité de la spirale ou conduit de tourbillon de façon que le gaz charge de poussières arrivant par cet orifice d'entrée se mette à tourbillonner dans la chambre de tourbillon un premier orifice de sortie de poussières ou de particules solides disposé verticalement et communicant avec l'autre extré- mité de la spirale ou conduit de tourbillon de façon que les poussières ou particules solides séparées du gaz dans la chambre de tourbillon passent dans ce premier orifice de sortie de poussières ou de particules solides; et un orifice de sortie de gaz sortant à l'autre extrémité du cylindre coaxialement avec celui-ci, de manière à évacuer le gaz par ce cylindre et par cet orifice de sortie de gaz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lectrure de la description détaillée qui suit d'exemples préférés mais non limitatifs représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'un séparateur à cyclone selon - l'art antérieur, - la figure 2 est une vue de c8té schéma- tique, partiellement coupée, d'une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue d'extrémité effectuée en regardant dans le sens des flèches III de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2, - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 2, - la figure 6 est une vue schématique de c8té, en élévation et partiellement en coupe, d'une seconde forme de réalisation de l'invention; et 3.- - la figure 7 représente le schéma d'une installation utilisant les séparateurs de particules selon l'invention. Sur toutes ces figures les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références. Les figures 2 à 5 représentent une première forme de réalisation de séparateur de particules selon l'inven- tion, comprenant un cylindre 1, une spirale 2 munie d'un orifice d'entrée 3 de gaz chargé de particules et d'un premier orifice de sortie de particules 4, un second orifice de sortie de particules 5, et un orifice de sortie de gaz 6. La spirale 2 qu'on appellera également "conduit de tourbillon" dans la suite de la description, présente une forme semi-circulaire lorsqu'elle est vue en bout comme dans le cas de la figure 3. Cette spirale 2 est montée sur le cylindre 1 placé horizontalement, et communique avec ce cylindre 1 de manière à constituer une chambre de tourbillon. Comme on peut mieux le voir sur la figure 4, le gaz chargé de poussière pénètre dans la chambre de tour- billon par l'orifice d'entrée 3. Les particules entraînées par le gaz sont alors soumises à la force centrifuge de manière à passer le long des parois intérieures de la spirale ou conduit de tourbillon 2, comme indiqué par les flèches en pointillés, pour arriver dans le premier orifice de sortie de particules 4 dirigé vers le bas en partant tangentiellement de la spirale ou conduit de tourbillon 2. D'autre part le gaz libéré de ses parti- cules tourbillonne dans la chambre de tourbillon, comme indiqué par les flèches en traits pleins, puis pénètre dans le cylindre 1 et sort par l'orifice de sortie de gaz 6. Dans le cylindre 1 le gaz continue de tourbillonner tout en se déplaçant axialement vers l'orifice de sortie de gaz 6, de façon que les particules encore entrainées par le gaz soient de nouveau soumises à la force centrifuge pour passer le long des parois intérieures du cylindre 1 et arriver au second orifice de sortie de particules 5 dirigé vers le bas en partant du bas du cylindre 1, au voisinage de l'orifice de sortie de gaz 6 comme indiqué sur la figure 5. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, l'orifice de sortie de gaz 6 sort du cylindre 1 coaxialement par rapport à celui-ci, et son diamètre intérieur est légèrement 4.- 2468411 plus petit que celui du cylindre 1, ce qui permet d'améliorer le rendement de récupération du second orifice de sortie de particules 5. Les essais de la première forme de réali- sation de l'invention représentée sur les figures 2 à 5, ont été réalisés avec de l'air chargé de particules de ciment. Les par- ticules de ciment ont ainsi été collectées par le premier orifice de sortie de particules 4 avec un rendement de séparation attÉgnant 80 à 90 %. L'adjonction du second orifice de sortie de particules 5 a permi de faire passer ce rendement à 91 à 95 5. Dans la première forme de réalisation de l'invention la forme de débit consiste essentiellement en tour- billons libres conduisant à une diminution d'énergie ou à une perte de pression. Par suite, même lorsque la vitesse du gaz dans le cylindre augmente jusqu'à 8 à 12 m/s, la vitesse d'entrée passant à 15 à 20 m/s, la chute de pression n'est que de 30 à 80 mm d'eau ce qui représente environ 1/2 à 1/3 de la chute de pression qu'on obtenait avec les séparateurs à cyclones selon l'art antérieur. La seconde forme de réalisation de l'in- vention représentée sur la figure 6 est de construction très semblable à celle de la première forme de réalisation décrite ci-dessus sur les figures 2 à r'5, la seule différence étant qu'au lieu du cylindre 1 on utilise un c8ne ou un trac de c8ne circu- laire droit 1'. On décrira maintenant sur la figure 7 un exemple d'application des séparateurs de particules selon l'inven- tion. La figure 7 représente un schéma de mise en oeuvre d'un procédé de calcination du ciment dans lequel on utilise, comme appareils de préchauffage, des séparateurs de particules 7, 8, 9 selon l'invention. Ce procédé comprend en outre un ventilateur d'échappement principal 10, un séparateur à cyclone supérieur 11 selon l'art antérieur, un séparateur à cyclone inférieur 12 également selon l'art antérieur, un four de calcination en con- tinu 13, un four rotatif 14, un refroidisseur de scories 15 et une glissière de chargement de-ciment 16. Comme indiqué par les flèches en traits pleins, l'air préchauffé dans le refroidisseur de scories 15 et les gaz de combustion venant du four rotatif 14, pénètrent ensemble dans le four de calcination 13. Les gaz sortant du four 24684 1 1 5. - de calcination 13 passent à travers le séparateur à cyclone inférieur 12, à travers les trois séparateurs de particules 9, 8, 7 et à travers le séparateur à cyclone supérieur 11, dans l'ordre indiqué ci- dessus, pour arriver au ventilateur de sortie principal 10. D'autre part le ciment en pudre qu'on appellera plus simplement ci-après "les particules", arrive par la glissière 16 dans un conduit reliant le séparateur à cyclone supérieur 11 et le premier séparateur de particules 7 selon l'invention. Ensuite, comme indiqué par les flèches en pointillés, les particules passent du séparateur à cyclone supérieur 11 dans les trois séparateurs de particules 7, 8, 9 selon l'invention, puis dans le four de calcination 13 et dans le séparateur à cyclone 12, pour atteindre le four rotatif 14. Les scories de ciment sortent du four rotatif 14 pour passer dans le refroidis- seur de scories 15. Dans le procédé représenté sur la figure 7, les trois séparateurs de particules 7, 8, 9 selon l'invention sont utilisés en étages intermédiaires et il est évident qu'on peut à volonté augmenter ou diminuer le nombre de ces sépara- teurs suivant les besoins. En résumé la forme du débit obtenu selon l'invention consiste essentiellement en tourbillons libres, avec la diminution de consommation d'énergie que cela entraîne. Par suite la chute de pression ne représente plus que 1/2 à 1/3 de ce qu'elle était dans les séparateurs à cyclones selon l'art antérieur, ce qui permet de réduire considérablement la consom- mation d'énergie des souffleries et des ventilateurs de sortie. Bien que l'utilisation d'un seul étage de séparation permette d'atteindre de manière satisfaisante les performances et avan- tages de l'invention, on peut encore améliorer nettement l'éco- nomie d'énergie en utilisant quatre ou cinq étages de sépara- tion. De plus la chambre de tourbillon formée par la spirale semicirculaire ou conduit de formation de tourbillon 2, ainsi qu'une partie du cylindre 1 ou du cône 1', sont de type horizontal, ce qui permet d'augmenter la vitesse du débit dans la chambre 2. Par suite le séparateur de parti- cules selon l'invention peut être réalisé sous une taille très compacte. Cette dernière caractéristique entraîne l'avantage 6._ 246841 1 supplémentaire qu'on peut réduire notablement la hauteur totale d'une installation de préchauffage à quatre ou cinq étages utilisée pour la mise en oeuvre d'un procédé de calcination du ciment tel que celui décrit sur la figure 7. 7.- 246841 1 REVENDICATIONS 1.- Séparateur de particules caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre (1) monté sensiblement horizon- talement; une spirale ou conduit de tourbillon (2) disposé de manière à entourer toute la moitié supérieure du cylindre (1) à une extrémité de celui-ci, et à communiquer avec lui de manière à former une chambre de tourbillon; un orifice d'entrée (3) disposé verticalement et communicant avec une extrémité de la spirale ou conduit de tourbillon (2) de façon que le gaz chargé de poussières arrivant par cet orifice d'entrée se mette à tourbillonner dans la chambre de tourbillon; un premier orifice (4) de sortie de poussières ou de particules solides disposé verticalement et communicant avec l'autre extrémité de la spirale ou conduit de tourbillon (2) de façon que les poussières ou particules solides séparées du gaz dans la chambre de tour- billon passent dans ce premier oririce de sortie de poussières ou de particules solides; et un orifice de sortie de gaz (6) sortant à l'autre extrémité du cylindre coaxialement avec celui- ci, de manière à évacuer le gaz par ce cylindre et par cet orifice de sortie de gaz. 2.- Séparateur de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise un second orifice de sortie de poussières ou de particules solides disposé verticalement en partant du bas du cylindre à c8té de l'orifice de sortie de gaz, ce qui permet ainsi de collecter dans ce second orifice de sorti'e les poussières ou particules solides encore entraînées dans le gaz passant dans le cylindre. 3.- Séparateur de particules selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le cylindre diverge ou augmente progressivement de diamètre vers son autre extrémité.