Brevet FR2496244A1 — publié le 19820618

La présente invention a pour objet un appareil pour la calcination de matériaux bruts sous forme de poudre ou de par- ticules en particulier utilisable dans la fabrication du ciment ou de l'alumine. En règle générale, le ciment est fabriqué dans des usines comportant un système de préchauffage en suspension ou de systèmes ayant un four à calciner. Le four de calcination com- prend un cylindre et une section tronconique inversée s'étendant vers le bas à partir du cylindre. La partie supérieure du cylin- dre est reliée par une conduite de sortie à un ou plusieurs sépa- rateurs à cyclone. Les particules à calciner sont alimentées dans une conduite d'échappement des gaz d'un four et amenées par les gaz d'échappement du four vers le haut dans la section tronconique inversée o ils sont mélanges avec l'air de combustion introduit par le biais d'une conduite d'air. Les particules sont calcinées pendant leur mouvement spiral ascendant dans le four. Les fours de calcination de ce type ne comportent pas de chambre d' étranglement ni de chambre de tourbillonnement de sortie à la pariâ supérieure du cylindre. En conséquence, pour augmenter le temps de séjour des particules dans le four de cal- cination, il faut augmenter la hauteur du four et/ou son diamètre intérieur. Ceci entraine de nombreux problèmes, et en particulier au niveau du coût de l'installation. Lorsque les gaz d'échappement d'un four de calcina- tion sont répartis entre plusieurs systèmes de préchauffage, il est préférable de munir chaque système de préchauffage d'un sé- parateur à cyclone. Les gaz d'échappement entrainant les particu- les calcinées ont généralement un mouvement tourbillonnant lors- qu'ils sortent du four, ce qui fait que, du fait de leur inertie, les particules calcinées sont plus concentrées le long de la section de paroi extérieure de la conduite de sortie qui corres- pond à la partie radiale extérieure du vortex que le long de la section de paroi correspondant à la partie radiale intérieure du vortex. En conséquence, lorsque les gaz de sortie sont répartis entre une pluralité de séparateurs à cyclone, les particules cal- cinées sont réparties selon des concentrations variables d'un séparateur à cyclone à un autre, et en conséquence les opérations des systèmes de précaauffage par suspension comportant les sé- parateurs à cyclone ne sont pas équilibrées. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un appareil pour la calcination de matériaux bruts sous for- me de poudre ou de particules en particulier utilisable dans la fabrication du ciment ou de l'alumine, caractérisé en ce qu'il se compose essentiellement de: (A) un four de calcination comportant a) une section inférieure tronconique inversée pour conférer aux gaz entrainant les particules un mouvement as- cendant spiral et radial; b) un cylindre relié à l'extrémité supérieure de ladite section tronconique inférieure pour réaliser un vortex à partir desdits gaz, ledit cylindre ayant un diamètre intérieur égal à celui de l'extrémité supérieure de ladite section inférieure; c) une chambre supérieure d'étranglement reliée à l'extrémité supérieure dudit cylindre pour - réduire radiale- ment le flux tourbillonnant, ladite chambre supérieure d'étrangle- ment étant essentiellement fermée à son sommet et ayant un diamètre intérieur inférieur à celui dudit cylindre, ladite chambre supéri- eure d'étranglement comportant une chambre de tourbillonnement de sortie. (B) au moins un séparateur à cyclone pour recevoir lesdits gaz entrainant les particules calcinées dudit four de calcination pour séparer les particules calcinées des gaz, ledit séparateur à cyclone étant relié à ladite chambre de tourbillonne- ment de sortie par une conduite de sortie. Ainsi, lorsque les gaz montent en spirale dans le four, le flux devient un vortex. Lorsque les gaz entrent en spirale dans la chambre d'étranglement, la composante tangentielle de leur vi- tesse augmente progressivement et devient supérieure à celle des particules. En conséquence, les particules grossières qui n'ont pas été complètement calcinées sont séparées des gaz tourbillon- nants dans la chambre d'étranglement et retournent vers le cylin- dre pour y subir à nouveau le processus de calcination. D'un autre point de vue, le temps de séjour des particules dans le four est augmenté. Ceci facilite d'autant leur calcination. Selon un mode avantageux de mise en oeuvre, la con- duite de sortie comportera: (A) une section horizontale dont l'une des extrémi- tés est reliée à ladite chambre de tourbillonnement de sortie; (B) une section coudée qui décrit une courbe d'envi- ron 1800 dans un plan vertical et dont l'extrémité supérieure est reliée à l'autre extrémité de ladite section horizontale; (C) une conduite pour relier une extrémité inférieure de ladite section coudée à l'admission de chaque séparateur à cy- clone, ladite admission de chacun des séparateurs à cyclone étant disposée plus bas que ladite chambre de tourbillonnement de sortie dudit four de calcination. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on prévoiera, disposé dans la section horizontale de ladite conduite de sortie, un clapet pour corriger la répartition non uniforme des particules transportées dans les gaz d'échappement s'écoulant par la sortie du four de calcination. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la des- cription ci-après d'un mode préféré de mise en oeuvre, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'un appareil de calcination conforme à la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe selon un plan ver- tical du four de calcination dudit appareil; - la figure 3 est une vue en coupe selon A-A de la figure 2; - la figure 4 est une vue-de dessus de l'appareil de la figure I, à l'exception d'un four rotatif; - la figure 5 eut une vue en coupe selon B-B de la figure 1. Un four à calciner désigné par la référence (1) et utilisé pour calciner des matériaux bruts sous la forme de parti- cules pour la fabrication, par exemple, de ciment comporte une section tronconique inversée (2), un cylindre (3) qui a un diamè- tre intérieur égal à celui de l'extrémité supérieure de la section inférieure (2) et une chambre supérieure d'étranglement (4) com- portant une chambre de tourbillonnement de sortie (5) qui commu- nique par une conduite de sortie (6) et des conduites de dériva- tion (19) et (20) (voir figure 5) avec des séparateurs à cyclone (7) et (8). Dans la section tronconique inversée inférieure (2), les gaz sont amenés à affecter un mouvement spiral non seulement vers le haut, mais également radialement vers l'extérieur, et dans le cylindre (3).Le flux gazeux est du type vortex. Dans la chambre supérieure d'étranglement (4), avec la chambre de tourbillonnement de sortie (5) qui est essentiellement fermée, les gaz sont con- traints de s'écouler radialement vers l'intérieur lorsqu'ils s'élè- vent en spirale, et ils sont donc contraints de tourbillonner et de s'écouler dans la conduite de sortie (6) qui est tangente à la chambre de tourbillonnement de sortie (5). Comme on le voit mieux à la figure 1, les entrées dans les séparateurs à cyclone (7) et (8) sont disposées plus bas que la sortie du four de calcination (1) ou que sa tête de sortie (5). Les gaz d'échappement entrainant des particules calci- IO nées sont introduits dans les séparateurs à cyclone (7) et (8) o les particules calcinées sont séparées desdits gaz d'échappement. Des brûleurs (9) traversent la paroi de la section tronconique inversée (2). Un four rotatif (10) comporte une cham- bre d'admission (11) qui communique par une conduite de gaz d'échap- pement (14) avec une chambre de tourbillonnement (13) communiquant ellemême avec la section inférieure tronconique inversée (2). La chambre de tourbillonnement (13) communique également par une con- duite d'air de combustion (16) avec un refroidisseur de clinker, non représenté. Les particules alimentées sont amenées au travers d'une goulotte d'alimentation (15) dans la conduite de gaz d'échap- pement (14) de manière à ce qu'elles soient entrainées par les gaz d'échappement du four rotatif (10) jusqu'au four de calcina- tion au travers de la chambre de tourbillonnement (13). Les fonds des séparateurs à cyclone (7) et (8) sont reliés par des goulottes (12) à la chambre d'admission (11) du four rotatif (10). Comme on peut mieux le voir aux figures 1,4 et 5, la conduite de sortie (6) comporte une section horizontale (17) dont l'une des extrémités est reliée à la sortie de la chambre de tour- billonnement (5) et une section coudée (18) qui décrit une courbe d'environ 180 dans un plan vertical. La section coudée (18) re- joint à son extrémité supérieure l'autre extrémité de la section horizontale (17) et est reliée à son extrémité inférieure aux séparateurs à cyclone (7) et (8) par les conduites de dérivation (19) et (20) ce qui est représenté à la figure 5. Un clapet (2.1) est disposé dans la section horizontale (17) et sert à obtenir le réglage fin de la vitesse d'écoulement des gaz évacués. Dans cette réalisation, on a représenté deux sépara- teurs à cyclone (7) et (8), mais on comprendra que leur nombre peut-être augmenté ou-diminué selon les'besoins. On décrira maintenant le mode de fonctionnement de l'appareil de calcination qui vient d'être décrit. Les matériaux bruts sous la forme de particules pour la fabrication, par exemple, de ciment sont pré-chauffés dans un système à suspension (fluidisé) ou analogue (non représenté) et sont alimentés par la goulotte (15) dans la conduite (14). Ils sont entrainés dans les gaz d'échap- pement provenant du four rotatif (10) et sont alimentés dans le four de calcination de la manière décrite précédemment. Les parti- cules calcinées sont évacuées au travers de la conduite de sortie (6) et réparties par les conduites de dérivation (19) et (20)dans les séparateurs à cyclone (7) et (8). Les particules qui sont sépa- rées des gaz d'échappement dans les séparateurs à cyclone (7) -et (8) sont alimentées par les goulottes (12) et la chambre d'admis- sion (11) dans le four rotatif (10) o l'on fabrique le clinker. Conformément à la présente invention, on utilisera le four de calcination (1) tel qu'illustré plus précisément à la figure 2. L'air de combustion secondaire est alimenté au travers de la conduite d'air (16) dans la chambre de tourbillonnement (13) dans laquelle l'air est amené à tourbillonner. L'air tourbillonnant est introduit dans la section inférieure tronconique inversée (2) et est mélangé avec le comubstible injecté au travers des brûleurs (9)- Les matériaux bruts qui ont été chauffés par pré- chauffage sont amenés par la goulotte d'alimentation (15) dans la conduite (14) et sont déplacés vers la chambre de tourbillonnement (13) puis de là vers la section inférieure-tronconique inversée (2) par les gaz d'échappement provenant du four rotatif (10). Les particules entrainées dans les gaz ou produits de combustion montent en spirale dans la section inférieure tron- conique inversée (2) et sont partiellement calcinées. Pendant la montée en spirale, les particules sont presque complètement cal- cinées dans le cylindre (3). Dans la chambre supérieure d'étran- glement (4), les gaz sont contraints de s'écouler radialement vers l'intérieur dans le cours de leur mouvement spiral ascendant. En conséquence la vitesse de rotation spirale augmente avec la dimi- nution de diamètre de la chambre supérieure d'étranglement (4). Cependant la vitesse spirale des particules calcinées est inférieu- re à celle des gaz. En conséquence, les particules relativement grossières qui n'ont pas encore été calcinées sont séparées du flux gazeux et viennent heurter la paroi de la chambre d'étrangle- ment (4) et les parois de la chambre de sortie de tourbillonnement (5) qui convergent toutes vers le haut, ce qui les contraint à retourner vers le cylindre (3). Elles y sont à nouveau calcinées et reprises de nouveau par les gaz montant en spirale vers la chambre d'étranglement (4). Ce processus se répète plusieur fois et les particules complètement calcinées sont amenées par les gaz d'échappement et évacuées au travers de la conduite de sortie et des conduites de dérivation (19) et (20) dans les séparateurs à cyclone (7) et (8). On décrira maintenant plus en détails la conduite de sortie (6) qui relie le four de calcination (1) et les séparateurs à cyclone (7) et (8). Les gaz qui entraînent les particules calci- nées tourbillonnent dans la chambre de tourbillonnement de sortie (5) et s'écoulent dans la section horizontale (17). Ainsi lorsque les gaz traversent la section (17), la concentration en particules calcinées est supérieure le long de la section de parois tangente à la tête de sortie (5) à celle le long de la section de paroi qui n'est pas tangente à celleci (voir figure 3). Cette répartition non uniforme des particules calcinées dans les gaz s'écoulant au travers de la section horizontale (17) est corrigée partiellement en utilisant le clapet (21). Dans la section coudée-(18), les gaz, et donc les particules calcinées qu'ils entraînent, sont contraints de changer de direction d'écoulement selon environ 1800 dans un plan vertical ce qui rend la répartition des particules calcinées prati- quement uniforme dans une direction prependiculaire à l'écoulement des gaz. En conséquence, les particules calcinées sont réparties uniformément dans les conduites de dérivation (19) et (20) vers les séparateurs à cyclone.(7) et (8). De ce fait, les gaz sont évacués à partir des séparateurs à cyclone (7) et (8) dans des conditions quasi identiques, ce qui fait que les opérations des systèmes de préchauf- fage reliés aux séparateurs à cyclone (7) et (8) peuvent être équi- librées. Grâce à l'utilisation d'une section coudée (18) de 1800, les admissions dans les séparateurs à cyclone (7) et (8) peuvent être placées plus bas que la sortie du four de calcination (1) d'une hau- teur égale à la longueur verticale de la section coudée (18). De ce fait, les structures supportant les séparateurs à cyclone (7) et (8) peuvent être réduites en hauteur ce qui conduit à un four de calci- nation de faibles dimensions. Dans la section coudée (18), les gaz d'échappement et donc les particules calcinées qu'ils entraînent sont contraints de changer leur direction d'écoulement d'environ 1800, ce qui entraine une différence de vitesse entre les gaz d'échappement et les parti- cules calcinées. Ceci améliore encore la calcination des particules. Ainsi la section coudée (18) joue un rôle de four de calcination per- mettant d'améliorer considérablement le rendement global de calcina- tion. Dans cette réalisation, on a décrit les particules préchauffées comme étant alimentées dans la conduite (14) qui amène les gaz d'échappement du four rotatif (10) vers le four de calcina- tion (1), mais on comprendra qu'elles peuvent être alimentées au niveau de la section inférieure tronconique inversée (2) ou par le dessus de la chambre d'étranglement (4). La conduite de sortie (6) a été décrite comme étant rattachée tangentiellement à la chambre de tourbillonnement de sortie (5) de lazchambre d'étranglement (4), mais on comprendra que l'on peut raccorder à la chambre de tourbil- lonnement de sortie (5) une conduite de sortie en forme de vortex. Les effets, caractéristiques et avantages du disposi- tif conforme à l'invention sont résumés, non limitativement, ci- après: 1) le four de calcination comprend la section infé- rieure tronconique inversée, le cylindre et la chambre d'étrangle- ment supérieure (4). Ainsi, les particules sont déjà calcinées jusqu'à un certain degré lorsqu'elles sont amenées à s'écouler en spirale dans la section inférieure d.u four. Dans le cylindre elles sont déjà pratiquement entièrement calcinées tout en montant en spirale, et dans la chambre supérieure d'étranglement qui suit, la différence de vitesse dans le vortex entre les gaz d'échappement et les particules se produit de manièreiue les particules gros- sières qui n'ont pas encore été complètement calcinées soient contraintes de retourner dans le cylindre pour y subir à nouveau la calcination selon le processus décrit ci-dessus. On augmente ainsi l'efficacité de la calcination. 2) La chambre supérieure d'étranglement est essentiel- lement fermée. Les particules grossières qui n'ont pas été complè- tement calcinées sont contraintes de retourner vers le cylindre. En conséquence, seules les particules calcinées totalement et uni- formément sont évacuées par- la chambre'de tourbillonnement de sor- tie vers la conduite de sortie. Ainsi le four rotatif peut produi- re un clinker de haute qualité. 3) le temps de séjour, c'est-à-dire la durée pendant laquelle les particules restent dans le four de calcination, est suffisamment long pour que les particules puissent être calcinées de manière satisfaisante. De plus, même si on utilise un combusti- ble qui brûle longtemps, le four peut être de dimen'sions faibles, ce qui réduit en conséquence les frais initiaux ou d'installation. On réalise ainsi en outre des économies de combustible. 4) Les particules calcinées évacuées d'un four de calcination sont réparties dans les séparateurs à cyclone au tra- vers de la section coudée à 1800 de manière que la concentration ou répartition des particules dans une direction perpendiculaire au flux gazeux soit sensiblement uniforme, après le changement de direction dudit flux. En d'autres termes, les particules calcinées sont réparties uniformément dans les gaz d'échappement qui pénè- trent dans les séparateurs à cyclone. ) Grâce à la section coudée à 1800, l'appareil de calcination peut être de dimensionscompactes tout en augmentant considérablement le rendement de calcination. 6) Le chapet de réglage fin du flux gazeux disposé dans la section horizontale de la conduite de sortie précédant la section coudée permet de corriger dans une certaine mesure la ré- partition non uniforme des particules calcinées dans les gaz d'é- chappement avant que ceux-ci ne s'écoulent dans la section coudée à 1800. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la calcination de matériaux bruts sous forme de poudre ou de particules en particulier utilisable dans la fabrication du ciment ou de l'alumine, caractérisé en ce qu'il se compose essentiellement de:. (A) un four de calcination (1) comportant a) une section inférieure tronconique inversée (2) pour conférer aux gaz entrainant les particules un mouvement ascendant spiral et radial; b) un cylindre (3) relié à l'extrémité supéri- eure de ladite section tronconique inférieure (2) pour réaliser un vortex à partir desdits gaz, ledit cylindre (3) ayant un dia- mètre intérieur égal à celui de l'extrémité supérieure de ladite section inférieure (2); -c) une chambre supérieure d'étranglement (4) reliée à l'extrémité supérieure dudit cylindre (3) pour réduire radialement le flux tourbillonnant, ladite chambre supérieure d'étranglement (4) étant essentiellement fermée à son sommet et ayant un diamètre intérieur inférieur à celui dudit cylindre (3), ladite chambre supérieure d'étranglement (4) comportant une cham- bre de tourbillonnement de sortie (5). (B) au moins un séparateur à cyclone (7;8) pour re- cevoir lesdits gaz entrainant les particules calcinées dudit four de calcination (1) pour séparer les particules calcinées des gaz, ledit séparateur à cyclone étant relié à ladite chambre de tour- billonnement de sortie (5) par une conduite de sortie (6). 2. Appareil de calcination selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite conduite de sortie (6) comporte: (A) une section horizontale (17) dont l'une des ex- trémités est reliée à ladite chambre de tourbillonnement de sor- tie (5); (B) une section coudée (18) qui décrit une courbe d'environ 1800 dans un plan vertical et dont l'extrémité supé- rieure est reliée à l'autre extrémité de ladite section horizon- tale (17); (C) une conduite (19;20) pour relier une extrémité inférieure de ladite section coudée à l'admission de chaque sépa- rateur à cyclone (7,8) ladite admission de chacun des séparateurs à cyclone étant disposée plus bas que ladite chambre de tourbil- o lonnement de sortie (5) dudit four de calcination. 3. Appareil de calcination selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte disposé dans la section horizon- tale (17) de ladite conduite de sortie (6) un clapet (21) pour corriger la répartition non uniforme des particules transportées dans les gaz d'échappement s'écoulant par la sortie du four de calcination