Brevet FR2487814A1 — publié le 19820205

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour le traitement thermique de matières à faible granulométrie, de préférence de la farine crue de ciment notamment pour la calcination sous admission directe dans la zone de calcination d'une qualité partielle d'air secondaire provenant du refroidisseur et mélangée aux gaz brûlés provenant de la zone à température élevée. Afin d'améliorer la préparation de la matière brute destinée au processus de cuisson du clinker à l'intérieur d'un four tubulaire tournant précédé d'un échangeur de cha- leur, il est connu de procéder à la calcination de la ma- tière brute dans un réacteur de calcination séparé. Les réacteurs de calcination sont équipés d'un ou de plusieurs dispositifs d'alimentation en combustible. GrAce à l'in- trbduction d'un combustible ou de l'énergie thermique dans le réacteur de calcination il est possible d'obtenir une décarbonisation pouvant atteindre 90 % de la matière brute utilisée. La matière ayant subi une calcination préalable est ensuite traitée de nouveau thermiquement à l'intérieur d'un réacteur de frittage, par exemple un four tubulaire tournant, tandis que les gaz brûlés de ce dernier et du réacteur de calcination sont utilisés au préchauffage de la matière brute. Il est connu par la demande de brevet DE 2 510 312 de ne pas réaliser la décarbonisation dans un réacteur de calcination particulier mais à l'intérieur du conduit de gaz reliant le four tubulaire tournant au système échan- geur de chaleur monté à la suite. L'air de combustion néces- saire provenant, d'une part, du four tubulaire tournant et, d'autre part, du refroidisseur en passant par un con- duit de gaz séparé, est alors introduit et mélangé dans un conduit de liaison. Selon la demande de brevet DE 2 416 528 la calcina- tion de la matière s'effectue dans un réacteur cylindrique et conique à l'intérieur duquel les gaz brûlés du four sont également mélangés à l'air provenant du refroidisseur. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient que le mélange des gaz brûlés du four et de l'air secon- daire crée une faible concentration d'oxygène lors de la combustion à l'intérieur du réacteur de calcination séparé. Par la demande de brevet DZ 2 -.6 079 il est connu de faire fonctioniner un ràxúfeur A flux double avec, d'une part, les gaZ brlés du four tubulaire tournrnt et, d'autre part, les gaz brilés provenant du réacteur de cal- cination. Dans ce cag le réaceur de alcinati.n ne reo*it en tant qu'air de comb-uctionr que la quantli. partielle de l'air secondaire ce qui a po-:zr offet dtaméliorer la com- bustion du combustible dans Lctte zone. Ce dispositif présente Viinoinvénient diun dr6marrage compliqué du flux de calcination du fait quc l-air secondaire partiel est insuffisamment préchauffé. Afin d'augmenter le degré de calcination de la ma- tière à l'intérieur du réacteur da calceination il est connu par la demande de brevet DE 2 724 654 de réaliser le pro- cessus de calcination on deux étages, ce qui offre la poâ- sibilité de pouvoir utiliser des combustibles différents. Cependent il n test pas avantaigeax que le processus de com- bustion se trouve divisé ou interrompu par des séparateurs intercalés lorsqu'on se trouve en présence de combustibles brûlant difficilement ce qui retarde tout le processus de calcination et necessite l'utilisation d'une installation d'une hauteur plus importante. On connalt par le brevet DE 2 344 583 un réacteur de calcination qui comporte plusieurs chambres et dont la chambre inférieure est alimentée en air provenant du re- froidisseur. Le conduit des gaz brûlés du four débouche tangentiellement et à proximité de l'extrémité supérieure de la chambre supérieure, dans le réacteur de calcination. Cette entrée tangentielle des gaz a pour but d'évacuer du réacteur la matière calcinée préalablement. Lorsqu'on utilise dans le réacteur de calcination des combustibles de qualité médiocre il faut prévoir un réacteur de hauteur importante du fait que le combustible nécessite une longue voie de combustion. 24878 14 Par le brevet GB 960 863 il est connu de procéder à la calcination de la matière à l'intérieur d'un réacteur qui est réalisé Bous forme de réacteur à couche turbulente. On utilise alors à l'intérieur du réacteur de calcination une partie de l'air secondaire du refroidisseur en tant qu'air de combustion. Les gaz brûlés chauds provenant du four de frittage sont mélangés aux gaz brûlés du réacteur de calcination avant d'entrer dans le préchauffeur à cy- clone. Ce procédé présente l'inconvénient que l'utilisation d'un réacteur à couche turbulente en tant que réacteur de calcination ne permet d'obtenir que de faibles degrés de calcination, pour la matière étant donné que la matière présente une tendance à s'agglomérer pour des degrés de calcination plus élevés ce qui entraîne des perturbations à l'intérieur du réacteur. Selon les brevets DD 79 961 et 81 433 le réacteur de calcination réalisé sous forme de cyclone est disposé en dessous d'un préchauffeur à gaine qui est relié direc- tement au four tubulaire tournant par le canal d'alimenta- tion du four. La matière est introduite dans le four par le haut au moyen d'un sas et quitte le four par le bas en passant également par un sas. Des conduits d'amenée pour l'air secondaire fortement chauffé ainsi que des brûleurs pour la combustion disposés tangentiellement et décalés, sont prévus dans la partie cylindrique du réacteur de cal- cination. Par le disposition d'étages supplémentaires utilisés en tant que réacteur de calcination, la hauteur de cons- truction du préchauffeur se trouve augmentée. De ce fait le prix de revient de l'installation est élevé et il est nécessaire de prévoir des dispositifs de transport supplé- mentaires pour la matière. On connaît, en outre, déjà des systèmes de préchaut- fage à double flux comprenant un étage de calcination. Dans ces systèmes on monte en aval de chaque flux provenant du préchauffeur un réacteur de calcination qui n'est alimenté que par la matière d'un seul flux ou la matière préchauffée provenant des deux flux est conduite dans un seul réacteur. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients énumérés ci-dessus et d'améliorer le proces- sus de calcination tout en réduisant le prix de revient de l'installation. L'invention a donc pour objet de créer un procédé et un dispositif pour sa mise en oeuvre pour la calcina- tion, de préférence, de la farine de ciment crue avec un degré de calcination élevé de la matière, tout en permet- tant une utilisation universelle même avec des combusti- bles solides et de qualité médiocre sans pour autant néces- siter un démarrage compliqué et de longues voies de com- bustion. Les conditions de combustion à l'intérieur du réacteur doivent être réglables. Les problèmes énumérés ci-dessus sont résolus con- formément à l'invention du fait que la calcination est ^b-- tenue en introduisant une quantité partielle de l'air se- condaire directement dans un courant et les gaz brûlés chauds provenant de la zone de frittage de préférence dans deux courants partiels. La quantité partielle de l'air secondaire pénètre en tant qu'air tertiaire tangentielle- ment dans la zone de calcination. Un mouvement hélicoïdal est alors imprimé à la quantité partielle de l'air secon- daire et la matière préchauffée et le combustible sont alors introduits dans ce courant à mouvement hélicoïdal. Un cou- rant partiel des gaz brûlés chauds en provenance de la zone de frittage est introduit axialement par le bas dans la zone de calcination afin que le mélange intense s'effec- tue de façon retardée et progressivement. Un deuxième cou- rant partiel des gaz brûlés provenant de la zone de frit- tage est additionné à la fin de la zone de calcination au mélange gazmatière et est utilisé à la séparation et au frittage tout en permettant en même temps une postealcina- tion. Grâce à ce parcours des courants de gaz partiels à l'intérieur de la zone de calcination on obtient une cal- cination optimale, notamment en raison d'un mélange in- tense de la matière et du combustible avec de l'air riche en oxygène. Le courant partiel des gaz brûlés, introduit axiale- ment, contribue au bon déroulement du processus de calci- nation grâce à sa température élevée. Une partie de la matière descend avec le courant à mouvement hélicoïdal et est soumise au frittage. Par la division des gaz brûlés du four en deux cou- rants partiels il est également possible de régler le dé- bit de matière. L'alimentation en combustible s'effectue à un ou à plusieurs endroits de la zone de calcination ou le combus- tible est additionné à la quantité partielle de l'air se- condaire avant que celle-ci pénètre dans la zone de cal- cination. Le dispositif suivant l'invention est constitué par un préchauffeur à cyclone à plusieurs étages, un réacteur de calcination, un four tubulaire tournant et par un re- froidisseur. Le réacteur de calcination est réalisé, de préférence sous forme d'une buse verticale comportant des rétrécissements et des élargissements coniques ainsi que des sections cylindriques. La buse est reliée au canal d'alimentation d'un four tubulaire tournant par l'intermé- diaire d'une zone de retenue constituée par un rétrécisse- ment. Un canal de post-réaction menant vers un séparateur i cyclone, est raccordé au réacteur de calcination. En amont du séparateur à cyclone un conduit pour la matière -30 est relié à l'entrée du four tubulaire tournant. Un conduit d'arrivée de gaz pour la quantité partielle de l'air se- condaire débouche tangentiellement dans la partie inférieure du réacteur. Les ouvertures pour l'introduction de la ma- tière et du combustible sont également prévues dans cette zone. Un conduit pour le courant partiel des gaz brûlés venant de la zone de frittage relie le canal d'alimentation du four à la partie supérieure du réacteur de calcination. Un organe de réglage est prévu à l'intérieur de ce conduit de gaz. Lors d'un fonctionnement a flux la calcina- tion steffectue à l'intérieur de deux éta.ze3 disposés l'un derrière l'autre. Les gaz br rm du,?'r e-!'air scGon- daire partiel sont répartis las ieagt de caIcinatúou. A partir des avant-dern .er- éag, ppéchauffage, en considérant le sens dr l'6cement de Aa matièreo celle-ci est introduite dan$ l'un dee étages de ca ii n. Une partie de la matIre et pr4levés d cet étage et est introduite dans le deu.x7ime stage de óóinatio en paazant par des séparateurs et de, o.di et à pr-rtir de ce deu- xième étage de calciat. la I atitre arrive dans3 la zone de frittage. Diverses ai:tre ca t'itiques da l'invention ressortent d'Ulleurs d? la des-cription déta-.l16- qui suit. Des tonnes de réalisatien de l'obJet de l'invention sent représensdes, â titre;exemples mon i ittfs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une représentation schématique d'un dispositif suivant l'inventions La fig. 2 montre un di.spoitif analogue à celui de la fig. 1 mais le réacteur de calciation est réalisé sous une forme différente, La fig. 3 représente un préchauffeur à double flux et à deux étages de calcination. Les gaz br lés chauds sortant du four tubulaiîe tournant 12 sont divisés en deux courants partiels dans la zone de chargement 9 du four. L'un des courants partiels des gaz br léc est introduit axialement dans le réacteur de calcination 1 en forme de buse et présentant des élar- gissements et des rétrécissements de sectionscylindriques et coniques. Le réacteur de calcination est traversé de préférence axialement de bas en haut par ce courant partiel et dans la zone inférieure par l'air secondaire partiel introduit tangentiellement et auquel est imprimé un mouve- ment giratoire hélicoïdal grâce au raccordement tangentiel du conduit 4. Le courant partiel des gaz brûlés provenant du four présente alors une plus grande vitesse verticale que la quantité partielle de l'air secondaire arrivant dans le réacteur de calcination. La matière admise de pré- férence au-dessus de l'ouverture d'entrée de l'air secon- daire est entratnée vers le haut par cet air, qui est riche en oxygène, en suivant un trajet hélicoïdal et cette matière est calcinée par suite d'une admission simultanée d'un combustible. Une partie de la matière calcinée est alors séparée du courant gazeux et est conduite vers la zone de frittage en passant par le rétrécissement 2 du ré- acteur de calcination, le c8ne 15 et le canal d'entrée 9 du four. L'autre courant partiel des gaz brûlés du four est introduit dans la partie supérieure de la zone de calcina- tion par l'intermédiaire d'un conduit 5. Lors du mélange intense des courants de gaz et de la matière il se produit une pont-calcination dans la zone du canal 6 qui relie le réacteur de calcination 1 avec le séparateur à cyclone 7. La transition entre le réacteur de calcination 1 et le canal de post-calcination 6 est réalisée par un c8ne 3. La ma- tière ayant subi une calcination préalable est séparée du courant gazeux dans le séparateur à cyclone 7 et est amenée dans la zone de frittage par le conduit 8, tandis que le courant gazeux est conduit dans un préchauffeur à cyclone 16 pour le préchauffage de la matière. Afin de pouvoir agir sur les conditions de combus- tion à l'intérieur du réacteur 1, un organe de réglage 10 est prévu dans le conduit 5 acheminant un courant partiel des gaz brûlés du four. L'organe de réglage 10 permet la répartition des gaz brûlés provenant du four. Un conduit de dérivation 11 est disposé dans la zone inférieure du conduit de gaz partiel 5 ou dans la zone du conduit d'en- trée 9 du four. Lors de l'utilisation du procédé pour la préparation de farine crue de ciment présentant une forte teneur en éléments polluants, il est ainsi possible de prélever des gaz brûlés du four au niveau de la zone du 24878 14 canal d'entrée du four ou du conduit du courant de gaz partiel. Le conduit 14 pour l'admission de la matière pré- chauffée est disposé, de préférence, au-dessus de ltou- verture d'entrée du conduit 4 de liair secondaire partiel. Le conduit d'alimentation 13 en combustible est prévu dans la zone de l'entrée du conduit 4 de l'air secondaire dans le réacteur de calcination 1 de manière que le combustible soit introduit directement dans le réacteur de calcination 1 et/ou dans le conduit 4 de l'air secondaire partiel avant que ce conduit débouche dans le réacteur 1. Le dispositif suivant l'invention représenté à la fig. 3 est constitué par un préchauffeur à double flux com- prenant deux flux de préchauffage à cyclone 16. Des con- duits 23 pour la matière relient les étages à cyclone 19, 2U au réacteur de calcination 21. Les conduits 23 débou- chent, de préférence dans la zone des entrées tangentielles des conduits d'alimentation 4 en air secondaire partiel et dans la zone de l'admission 13 du combustible. Le réacteur de calcination 21 est relié au canal d'entrée 9 du four par l'intermédiaire d'un conduit. Un. séparateur 18 est prévu en aval du réacteur de calcination 21 en considérant le sens de l'écoulement du courant gazeux. La sortie du séparateur est reliée au réacteur de calcination 22 par un conduit 24 pour la matière. Le conduit 24 débouche dans le réacteur de calcination 22 de façon analogue au conduit 23 qui débouche dans le réacteur de calcination 21. Le ré- acteur de calcination 22 est également relié au canal d'en- trée 9 du four par un conduit. Un séparateur 17 à partir duquel un conduit 25 assure le transport de la matière vers la zone de chargement du four tubulaire tournant 12, est monté en aval du réacteur de-calcination 22. Après son préchauffage dans les préchauffeurs à cyclone 16 la matière brute est d'abord introduite dans le réacteur de calcination 21 auquel est amenée axialement depuis le bas un courant partiel des gaz brûlés du four. Une quantité partielle d'air secondaire provenant du refroi- disseur est introduite tangentiellement, en tant qu'air tertiaire, dans le réacteur de calcination. L'admission du combustible nécessaire s'effectue également dans cette aone. A partir du réacteur de calcination 21 une partie de la matière calcinée arrive par le bas et par le canal d'entrée directement dans le four tubulaire tournant 12. La matière restante arrive dans le séparateur 18 monté en aval et est transportée vers le réacteur de calcination 22 par l'intermédiaire du conduit 24. Le réacteur de calcina- tion 22 est disposé de façon analogue au réacteur 21. La matière séparée par le séparateur 17 est introduite dans le four tubulaire tournant 12. Les avantages principaux du procédé et du dispositif suivant l'invention résident dans le fait que l'on profite pleinement de l'énergie thermique créée par le combustible à l'intérieur du ou des réacteurs de calcination ainsi que de l'énergie thermique des gaz brûtlés provenant du four tubulaire tournant. La durée de séjour nécessaire à la ma- tière est obtenue grâce au(x) réacteur(s) de calcination et au(x) canal(canaux) de post-calcination. Le conduit pour les gaz brûlés du four, la longueur de la voie de combustion et le mélange intense de la ma- tière et le combustible avec-l'air préchauffé et riche en oxygène assurent une bonne combustion de combustibles soli- des et même de combustibles de qualité médiocre. Grâce à la disposition suivant l'invention du réac- teur de calcination par rapport au préchauffeur et au re- froidisseur le démarrage du procédé et le fonctionnement à plein régime du dispositif ne posent aucun problème. Il est, en outre, possible de régler la proportion de combus- tible admise dans le réacteur de calcination en fonction des conditions de service. Un autre avantage réside dans le fait que le procédé de l'invention convient aussi bien à des préchauffeurs à flux unique qu'à des préchauffeurs à flux double et que, dans le dernier cas, les deux flux peuvent être chargés uniformément. La hauteur de construction du préchauffeur à cyclone est maintenue dans des limites acceptables malgré des voies de réaction relativement longues. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le traitement thermique de matières faible granulométrie, notamment de farine prue de ciment, en vue d'une calcinat!.n par msision directe c'air se- condaire partiel et par mélange ave s gaz bralés prove- nant de la zone de frittage, caractérisé en oe que les gaz brûlés chauds provenant de la zone de frittage sont divfsézs pour fermer deux courants pLrtiels, en ce qu'à la quantité partielle d'air eeconda:re plove.nn d l zone de refrzoi- 3O dissement est i mpriïé un moiement girao-ite et héliócodal grâce à son t.ntrod t.o tngertielie dart' la zon.s de cal- cinate.on, en- ce qu1un courant priel de gaz brûlé preve- nant de la zone Au frittage s'écoule en mtme temps axiale- ment de bas en baut, en passant avec une grande vitesse verticale à l'intérieur du courant de forme hélicoïdale, de préférence dans la zee mdiaene de ce dernier, en ce que la oalcination de la matière a lieu lors du mouvement ascendant de la matière pendant lequel s'effectue également l'admission du combustible et le melange intense, en ce qu'un decuxie courant paril matière après un nouveau mélazee intense, en ce que la ina- tière entraînée par le courant de gaz est finalement sépa- rée de ce dernier et est conduite vers le four de frittage, tandis que le couranz gazeux es-t utilisé pour le préchauf- fage de la matière et qu'une partie de cette matière est séparée après la calcination du courant gazeux pour être conduite vers le four de frittage et en ce que les courants partiels des gaz br lés provenant du four peuvent être réglées. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce vue dans le cas d'un -proeéde double flux les gaz brûlés du four et l'air secondaire partiel sont répartis sur le réacteur de calcination de chaque étage, en ce que la ma- tière séparée et provenant des deux avant-derniers étages de préchauffage, en considérant le sens de l'écoulement de la matière, est introduite en mime temps dans un étage 248781 4 de calcination, en ce que la matière provenant du premier étage de calcination est introduite dans un deuxième étage de calcination permettant d'obtenir avantageusement un degré de calcination supérieur et en ce que la matière calcinée du deuxième étage est conduite directement ou par l'intermédiaire d'un étage de séparation, vers la zone de frittage, l'admission de la matière dans les deux étages de calcination s'effectuant, de préférence, dans la zone d'admission de l'air secondaire partiel. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 et 2 et comportant, de préférence, un préchauffeur à cyclone à plusieurs étages, un réacteur de calcination, un four tubulaire tournant et un refroidisseur, caractérisé en ce que le réacteur de calcination (1) réalisé, de préférence, sous forme d'une buse verticale présentant des rétrécissements et des élar- gissements coniques ainsi que des parties cylindriques, est relié par l'intermédiaire d'une zone de retenue (2), délimitée par un rétrécissement, au canal d'entrée (9) du four (12) et débouche par sa partie supérieure dans un canal de post-calcination (6), en ce qu'un conduit (4) pour l'air secondaire partiel débouche tangentiellement dans la partie inférieure du réacteur de calcination (1), en ce qu'une ouverture d'admission (13) pour le combustible et une ouverture d'admission (14) pour la matière sont prévues dans la zone dans laquelle débouche le conduit (4) et en ce qu'un conduit (5) pour un courant gazeux partiel relie le canal d'entrée (9) du four à la zone supérieure du réac- teur de calcination. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que la chambre de réaction du réacteur de cal- cination (1) est délimitée par la zone de retenue (2) et la zone (3) de forme conique. - Dispositif suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'un organe de réglage (10) est prévu, de préférence, dans la zone supérieure du conduit (5) pour le courant gazeux partiel. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à , caractérisé en ce qu'un conduit de dérivation (il) est prévu dans la zone inférieure du conduit de gaz (5) ou dans la zone du canal d'entrée (9) du four. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le séparateur à cyclone (7) est relié au conduit d'entrée (9) du four par un conduit (8) pour le transport de la matière. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que des ouvertures d'admission (13) pour le combustible peuvent être prévues à un ou à plusieurs endroits du réacteur de calcination et en ce qu'on prévoit, de préférence, une ouverture d'admission (13) au-dessus de l'entrée du conduit d'air partiel (4) dans le réacteur de calcination (1) et/ou dans le conduit d'air (4) avant que ce conduit débouche dans le réacteur. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 6 et constitué par un préchauffeur à flux double et un réacteur de calcination, caractérisé en ce que l'étage de calcination comprend deux réacteurs de calcination (21 et 22) qui, en étant alimentés séparément en gaz brûlés pro- venant du four, en air tertiaire et en combustible sont branchés en série, en considérant le sens de l'écoulement de la matière, de façon que les conduits (23) pour le trans- port de la matière délivrée par les étages à cyclone (19 et 20), débouchent dans le réacteur (21) et que le conduit de matière (24) venant du séparateur (18) débouche dans le réacteur de calcination (22).