Brevet FR2470348A1 — publié le 19810529

La présente invention est relative a un procédé pour calcination de farine crue de ciment dans lequel, la farine cru ayant été préchauffée en un échange thermique a plusieurs stade! on la mélange en continu a du combustible, en au moins deux stac successifs, dans un calcinateur, au moyen d'un courant turbulen de gaz chaud, éventuellement avec incorporation d'air comburant on lui fournit un supplément d'énergie thermique en vue de la cc conation par la combustion du combustible et ensuite on l'extra du calcinateur avec le courant de gaz chaud servant de courant ( gaz porteur, le courant de gaz chaud étant accéléré au moins avc chacun des stades d'amenée de combustible qui suivent la premier addition de combustible. L'invention concerne aussi un appareil pour la mise en oeuvre du procédé. Dans la fabrication de ciment, on a adopté une mesure consistant a effectuer autant que possible le préchauffage et la calcination de la farine crue hors du four rotatif servant habituellement a la cuisson de clinker, parce que le préchauffage et la calcination de la farine crue dans le four rotatif sont trop lents et trop coûteux. Par suite, on place avant les fours rotati ce qu'on appelle des calcinateurs dans lesquels on mélange la fa rine crue préchauffée a un combustible gazeux, liquide ou solide divisé, de sorte que, lors de la combustion du combustible, il est possible de fournir a la farine crue la quantité de chaleur nécessaire pour chasser le dioxyde de carbone des constituants calcaires.En outre, les gaz d'échappement chauds de ces calcinateurs sont utilisés pour préchauffer la farine crue, ce qui permet de tirer convenablement parti de la chaleur passive. Pour pouvoir effectuer aussi completement que possible la calcination de la farine brute dans le calcinateur, il faut veiller a ce que les particules de farine crue entrent en contac aussi rapidement que possible avec les particules de combustible afin que lors de la combustion des particules de combustibles, 1 chaleur engendrée puisse être transmise directement aux particul de farine crue. Donc, la quantité de chaleur nécessaire au proce de réaction, qui se déroule très vite si la chaleur fournie est suffisante, doit être rendue disponible aussi rapidement que pos sible et uniformément, en fonction du déroulement de la réaction afin que la farine crue puisse aussi être effectivement désacidifiée complètement dans le calcinateur. Pour remplir ces conditions, il est déjà connu (DE-OS 2 801 161) d'amener le combustible en plusieurs stades successifs au courant de gaz chaud chargé de farine crue, afin d'éviter des concentrations locales de combustibles et donc des surchauffes indésirables. Le mélange rapide et intime que l'on vise a obtenir entre la farine crue et les particules de combustible aussi fines que possible doit être assuré d'une part par la pulvérisation du combustible dans la région de rétrécissements de section et, d'autre part, par un écoulement turbulent du gaz chaud dans les zones de mélange cylindriques ménagées entre les rétricissements de section.Le but poursuivi en amenant le combustible dans la région des rétrécissements de section est de pouvoir introduire le combustible sur toute la section d'écoulement, de sorte que dans la chambre de mélange qui fait chaque fois suite, un mélange intime puisse être assuré, par la turbulence, entre le combustible et la farine crue. Toutefois, il est apparu que, malgré ce bon mélange, or n'arrive pas a chasser complètement le dioxyde de carbone. En effet, par suite de la turbulence que l'on vise a réaliser dans les chambres de mélange, on risque que des particules de farine crue ne soient extraites du calcinateur de façon incon trôlée avant que le processus de calcination ne soit terminé.Le transfert de chaleur direct qui est désirable entre les particules de combustible et les particules de farine crue est perturbé étant donné la turbulence des particules. Par suite, pour obtenir un résultat acceptable de la calcination, il est nécessaire d'introduire des combustibles de haute qualité a l'état aussi finement divisé que possible. C'est pourquoi l'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de perfectionner un procédé de calcination de farine crue de ciment de l'espèce définie plus haut, de façon telle que, même si l'on utilise des combustibles de moindre qualite, on obtienne une calcination complète dans le calcinateur et que la farine crue calcinée puisse être chauffée au-dessus de la temperature de calcination, de sorte que, dans le four rotatif, la farine crue désacidifiée n'a plus besoin que d'être cuite a 1 'état de clinker, donc frittée. Selon l'invention, le problème posé est résolu par le fait qu'après chaque processus de mélange assuré par l'amenée de combustible, on calme l'écoulement de gaz rendu turbulent par ce processus de mélange et on le transforme en un écoulement laminaire, avant d'ajouter a nouveau du combustible au courant de ga chaud, au stade de mélange suivant. Etant donné qu'un écoulement turbulent de gaz chaud es indispensable a un bon mélange, mais qu'après le processus de mé lange la relation obtenue entre particules de combustible et de farine crue doit être maintenue dans une large mesure, selon l'i vention, après le processus de mélange, on calme l'écoulement de gaz chaud et on le transforme en écoulement laminaire. Par suite le transfert de chaleur du combustible aux particules de farine crue peut s'effectuer directement et sans perturbation, de sorte que la quantite de chaleur nécessaire à la calcination est fourni a la farine crue d'une façon avantageuse pour le déroulement de la réaction, le combustible étant bien utilise.Ainsi, par la quantité de combustible amené-e a chaque stade, on peut commander exactement le deroulement de la reaction a ces differents stades étant donné que grâce à l'écoulement laminaire, l'énergie thermie libérée lors de la combustion du combustible peut être transmise directement aux particules de farine crue. Selon un mode d'exécution de l'invention, on communiquE une rotation au courant de gaz chaud en introduisant, pratiquemer en direction tangentielle la faririe crue, le combustible ou l'air comburant ; ainsi, non seulement le processus de mélange est favorise, mais en outre la tranquillisation du courant de gaz chaud est ensuite facilitée, car en vertu des forces centrifuges engen drées, le détachement de la couche limite est plus difficile. Le processus de mélange au stade suivant peut être amé lioré de façon simple si l'on communique une rotation de sens oppose au courant de gaz chaud, aux stades de mélange successifs. L'invention propose, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, un appareil comportant un calcinateur raccorde par le bas à un tuyau a gaz chaud et par le haut a un tuyau a gaz d'échappement et composé d'au moins deux stages superposés verticalement présentant chacun des admissions pour le combustible et l'air comburant et comportant chacun une chambre de mélange cylindrique, la farine crue étant amenée à l'étage inférieur du calcinateur, appareil caractérisé par le fait qu'à chaque chambre de mélange se raccorde dans la haut un diffuseur, que l'admission de combustible et l'admission d'air comburant débouchent chacune dans les chambres de mélange des étages de calcinateur et que l'admission de farine crue se trouve dans la chambre de mélange de l'étage inférieur de calcinateur. La farine crue introduite dans la chambre de mélange inférieure se mélange dans le courant de gaz chaud au combustible amené, soit par un tuyau special, soit par le courant de- gaz chaud, et grâce à la chambre de mélange cylindrique et à l'introduction de la farine cru.e ou du combustible dans le courant de gaz chaud, il se forme des tourbillons qui favorisent le processus de mélange. A la suite de cette chambre de mélange, le courant de gaz chaud est calme dans le diffuseur et transformé en un écoulement laminaire, de sorte que la distribution obtenue entre le combustible et la farine crue se maintient pratiquement, ce qui, moyennant une distribution convenablement favorable, assure un transfert de chaleur par ticulierement bon. Etant donné que, par suite de l'adaptation avantageuse de la quantite de.combustible à la quantité de farine crue, la quantité de chaleur nécessaire à une calcination complete n a pas besoin d'être fournie en une seule fois, il faut amener à nouveau, en un deuxième stade, du combustible qui trouve à nouveau, de la même façon des conditions particulièrement favorables au transfert de chaleur à la farine crue convenablement préchauffée. Par suite, on peut effectuer la calcination complète seulement dans le deuxième étage ou dans un étage suivant. Dans la construction des diffuseurs, il faut songer que le volume du courant de gaz chaud augmente par suite--du chauffage et par suite du dioxyde de carbone chassé de sorte que pour une tranquillisation correspondante de l'écoulement, il faut donner au diffuseur un angle d'ouverture d'autant plus grand. Pour assurer une vitesse d'écoulement appropriée lors de l'extraction de la farine crue calcinée, il sera généralement nécessaire d'accélérer à nouveau le courant de gaz chaud une fois calmé au premier stade. A cet effet, la chambre de mélange de 1 'é- tage de calcinateur qui fait suite dans le sens d'écoulement peut être raccordée au diffuseur de l'étage précédent par une partie resserrée en forme de tuyère. Ainsi, les étages de calcinateur présentent la structure fondamentale d'un tube de Venturi. Afin que la farine crue puisse se melanger convenablement au combustible, les admissions de farine crue, de combustible et d'air comburant sont, de préférence, dirigées au moins à peu près tangentiellement. Cet alignement des admissions imprime une rotation au courant de gaz chaud, ce qui n'a pas seulement une influence avantageuse sur le processus de mélange, mais favorise ensuite aussi la tranquillisation du courant de gaz chaud, parce que les forces centrifuges engendrées par la rotation permettent difficilement à la couche limite d'écoulement de se détacher de la paroi du diffuseur. Le mélange entre la farine crue et le combustible amene au deuxième stade est sûrement amélioré si le combustible est introduit à l'envers de la rotation du gaz chaud venant du premier stade. Par consequent, les admissions des chambres de mélange d'étages successifs du calcinateur sont avantageusement dirigées en sens opposé. Un exemple de l'objet de l'invention est représenté par le dessin annexé, sur lequel La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schematique d'un appareil selon l'invention pour la calcination de farine crue de ciment ; La figure 2 est une vue en coupe transversale, à plus grande échelle, d'une chambre de mélange cylindrique. Dans les installations usuelles pour la fabrication de ciment, la farine crue précalcinée est cuite à l'état de clinker dans un four rotatif et le clinker, extrait du four rotatif, est refroidi autant que possible à la température ambiante dans un refroidisseur, à l'aide d'air de refroidissement. On tire parti, pour le prechauffage ou.la précalcination de la farine crue, à la fois des gaz d'échappement chauds du four rotatif et de l'air de refroidissémentéchauffé. A cet effet, on amène ces gaz chauds, par un tuyau a gaz chauds 1, à un calcinateur qui, selon l'exemple d'exécution, se compose de deux étages superposés verticalement 2a et 2b. Les gaz d'échappement de ce calcinateur sont utilisés pour le préchauffage de la farine crue en plusieurs stades dans des échangeurs thermiques a cyclone qui peuvent en outre être alimentés par les gaz d'échappement du four rotatif. La farine crue ainsi préchauffée est amenée, pour chasser le dioxyde de carbone, au calcinateur où elle se mélange à du combustible, dans le courant de gaz chaud traversant le calcinateur, pour recevoir la quantité supplémentaire de chaleur nécessaire a la calcination. Afin que le transfert de chaleur du combustible à la farine crue puisse se dérouler de façon particulièrement avantageuse, on amène a la farine crue le combustible nécessaire, non pas en une fois mais en au moins deux stades. Toutefois, dans ces stades, il ne faut pas seulement assurer un bon brassage de la farine crue et du combustible, mais, en outre, il faut qu'il soit assuré que la distribution obtenue du combustible et de la farine crue se maintienne pendant la transmission de la chaleur. A cet effet, les étages 2a et 2b du calcinateur sont formés chacun d'une chambre de mélange cylindrique 3a, 3b à laquelle fait suite, dans le sens d'écoulement, un diffuseur 4a, 4b.L'écoulement turbulent résultant du processus de mélange dans les chambres de mélange 3a et 3b se calme donc dans les diffuseurs 4a et 4b qui font suite et se transforme en un écoulement laminaire qui assure le maintien de la distribution obtenue entre farine crue et combustible et, ainsi, le transfert direct de chaleur désiré. L'admission 5 du tuyau d'amenée de la farine crue préchauffée est essentiellement dirigée tangentiellement à la chambre de mélange 3a, comme on peut le voir par la figure 1, de sorte que la farine crue est introduite tangentiellement dans le courant de gaz chaud venant du tuyau 1 a gaz chauds. Par suite, il se produit dans la chambre de mélange 3a un bon mélange entre la farine crue et le combustible qui, selon l'exemple d'exécution, est amené avec le gaz chaud par le tuyau 1 a gaz chaud, ou encore, en outre, par au moins un autre tuyau, ce qui entraîne un préchauffage approprié du combustible. Etant donné qu'en vertu de l'amenée de combustible en au moins deux stades la quantité de combustible amenée à chacun des étages peut être adaptee à la quantité de farine crue sans qu'il soit nécessaire de tenir compte de la quantité de chaleur à fournir au to talon peut obtenir une distribution uniforme de la farine crue et du combustible, assurant le bon transfert de chaleur.Dans le diffuseur 4a qui fait suite à la chambre de mélange 3a se produit essentiellement le transfert à la farine crue de la quantite de chaleur dégagée par la combustion du combustible et, du fait que l'écoulement est calmé dans le diffuseur, le transfert de chaleur se deroule sans perturbations. Pour pouvoir fournir à la farine crue l'énergie thermiq nécessaire'à la calcination complète, il faut amener en outre du combustible en au moins un stade supplémentaire. C'est pourquoi, dans la chambre de mélange 3b de l'étage de calcinateur 2b placé à la suite débouche un tuyau à combustible 7 dont l'admission 8 est également dirigee tangentiellement, mais en sens opposé à l'admission 5 du tuyau d'amenée de farine crue 6. Ainsi, le combustible supplémentaire est amené au courant de gaz chauds à l'en vers du sens de rotation résultant du premier etage 2a, de sorte qutil se produit un mélange intime entre la farine crue venant du premierétage de calcinateur 2a et le combustible.Dans le diffuseur 4b qui fait suite, de façon avantageuse et analogue à ce qui se passe dans le diffuseur 4a, a lieu le transfert de chaleur aux particules de farine crue. Par consequent, le processus de calcination amorcé au premier étage 2a peut se dérouler complètement au deuxième étage 2b. L'aire comburant nécessaire au processus de combustion est, de préférence, introduit également tangentiellement dans les chambres de mélange 3a et 3b, par des tuyaux 9 d'amenée d'air. Si le courant de gaz chauds dans le tuyau à gaz chauds 1 entraîne avec lui une quantité suffisante d'air comburant pour le premier etage de calcinateur 2a, il n'est pas nécessaire, bien entendu, de prevoir dans la chambre de memange 3a une admission d'air comburant. Afin que le courant de gaz chaud ait une vitesse appropriée à l'entrée dans les chambres de mélange 3a et 3b, on a prevu des parties resserrées en tuyère 10, de sorte que le calcinateur constitue pratiquement le branchement en série de deux tubes de Venturi. Etant donné que le combustible amené à chaque étage de calcinateur 2a, 2b peut être utilisé complètement dans l'étage respectif, on peut même utiliser avec un bon resultat des combustibles de basse qualité. Non seulement une calcination complete ie la farine crue est assuree à l'intérieur du calcinateur , mais, en outre, il devient aussi possible de porter la farine crue calcinee à un niveau de température plus élevé, de sorte que le four rotatif faisant suite au calcinateur, coûteux à l'achat et au fonctionnement, n'a pratiquement plus besoin d'être prévu que pour le processus de frittage, ce qui fait qu'il peut être relativement petit. Par suite, le prix de l'ensemble de l'installation est notablement réduit. Comme le montre la figure 1, la farine crue calcine est retirée du calcinateur à la suite du deuxième étage, par un tuyau à gaz d'échappement 12, le courant de gaz chauds servant de gaz porteur en passant par un rétrécissement en forme de tuyère 11, et elle est amenée à un séparateur à cyclone d'où elle arrive au four rotatif, tandis que les gaz d'échappement chauds cèdent leur chaleur a la farine crue à calciner, dans les échangeurs thermiques qui précèdent. Afin qu'une combustion complète du combustible soit assurée et que la farine calcinée extraite du calcinateur puisse atteindre un niveau de température appropriée, on peut en outre amener de l'air comburant au tuyau 12 à gaz d'échappement, par un tuyau 13. Par suite, avec une amenee correspondante de combustible à l'étage 2b du calcinateur, on peut encore élever la température de la farine calcinée, en un processus de post-combustion. Etant donné qu'à une température d'environ 950 C le processus de calcination est terminé, l'appareil selon l'invention permet à la farine d'atteindre une température de sortie de 1200 à 1300 C. La température de frittage dans le four rotatif est d'environ 1400 C. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la calcination de farine crue de ciment dans lequel, la farine crue ayant été préchauffée en un échange the mique à plusieurs stades, on la mélange en continu à du combustible en au moins deux stades successifs, dans un calcinateur, au moyen d'un courant turbulent de gaz chaud, éventuellement avec incorporat d'air comburant, on lui fournit un supplément d'energie thermique e vue de la calcination par la combustion du combustible et ensuite o-n l'extrait du calcinateur avec le courant de gaz chaud servant de courant de gaz porteur, le courant de gaz chaud etant accéléré au moins avant chacun des stades d'amenée de combustible qui suivent l première addition de combustible, procédé caractérisé par le fait qu'après chaque processus de mélange assuré par l'amenée de combustible, on calme l'écoulement de gaz rendu turbulent par ce processu. de mélange et on le transforme en un écoulement laminaire, avant d'ajouter à nouveau du combustible au courant de gaz chaud, au stade de mélange suivant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on communique une rotation au courant de gaz chauds en introduisant protiquement tangentiellement la farine crue, le combustible ou l'air comburant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on communique au courant de gaz chauds une rotation de sens opposé aux stades successifs de mélange. 4. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'ur des revendications 1 à 3, comportant un calcinateur raccordé par le bas à un tuyau à gaz chaud et par le haut à un tuyau à gaz d'echappement et composé d'au moins deux étages superposés verticalement présentant chacun des admissions pour le combustible et l'air comburant et comportant chacun une chambre de mélange cylindrique, la farine crue étant amenée à l'étage inférieur du calcinateur, apparei caractérisé par le fait qu'à chaque chambre de mélange (3a, 3b) se raccorde dans le haut un diffuseur (4a, 4b), que l'admission de combustible (8) et l'admission d'air comburant (9) débouchent chacune dans les chambres de mélange (3a, 3b) des étages de calcinateur (2a, 2b) et que l'admission de farine crue (5) se trouve dans la chambre de mélange (3a) de l'étage inférieur de calcinateur (2a). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la chambre de mélange (3b) de l'étage de calcinateur (2b) qui fait suite dans le sens d'écoulement est raccordée par une partie resserrée en tuyère (10) au diffuseur (4a) de l'étage précédent (2a). 6. Appareil selon 1 'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que les admissions (5, 8, 9) de farine crue, de combustible et d'air comburant sont dirigées au moins approximativement tangentiellement. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les admissions (5, 8, 9) des chambres de mélange (3a, 3b) d'étages successifs de calcinateur (2a, 2b) sont dirigées en sens opposé.