Brevet FR2486442A1 — publié le 19820115

La présente invention concerne les installations pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un échangeur de chaleur à cyclones, un four de précalcination, un four de clinkerisation et un refroidisseur de clinker dans lesquelles l'air chaud sortant du refroidisseur de clinker est utilisé comme air de combustion en partie dans le four de précalcination et en partie dans le four de clinkerisation et les fumées produites dans les deux fours sont utilisées dans l'échangeur à cyclones pour préchauffer les matières premières avant leur entrée dans le four de précalcination. L'invention a trait plus particulièrement aux in- stallations comportant un four de précalcination du type on les matières sont mises en suspension dans le courant d'air provenant du refroidisseur de clinker, le combustible est injecté sous forme finement divisée ou pulvérisée dans le flot des matières en suspension et les matières au moins partiellement calcinées sont entrainées hors de la chambre par les fumées et séparées de celles-ci dans un cyclone dont la sortie est reliée au circuit des gaz de l'échangeur, soit entre le four et le dernier cyclone, en considérant le sens de circulation des matières, soit entre celui-ci et l'avant-dernier cyclone. Dans ces installations, la circulation de l'air et des fumées est assurée par un seul groupe de ventilation dont l'aspiration est reliée à la sortie du premier cyclone de l'échangeur. Entre le refroidisseur de clinker et le point o la conduite raccordée à la sortie du cyclone asso- cié au four de précalcination débouche dans l'échangeur à cyclones les gaz suivent deux trajets parallèles constitués l'un par le four de calcination et une partie de l'échangeur, et l'autre par une conduite reliant le refroidisseur de clinker au four de précalcination, le four de précalcination et le cyclone qui lui est associé. Compte tenu du fait que le débit des gaz suivant le premier trajet est légèrement inférieur à celui suivant le second trajet et en raison du tracé de ces deux circuits parallèles, les pertes de charge sont nettement plus importantes sur le second trajet que sur le premier, en particulier parce que la conduite qui relie le refroidisseur de clinker au four de précalcination a une section beaucoup plus faible que celle du four rota- tif de clinkerisation. Différents moyens ont été proposés pour égaliser les pertes de charge. L'emploi d'un ventila- teur placé sur la conduite reliant le refroidisseur au four de précalcination s'est révélé impossible en pratique car l'air circulant dans cette conduite est très chaud et chargé de poussières ce qui provoque une détérioration très rapide du ventilateur. Une autre solution consiste à former un ré- trécissement dans la gaine reliant le four de clinkerisa- tion au dernier cyclone de l'échangeur pour augmenter les pertes de charge. Cette solution nie donne pas entière sa- tisfaction, car, la température des gaz dans la gaine de sortie du four étant élévée, certaines particules de ma- tière subissent un début de fusion qui les rend collantes et il se forme sur la paroi de la gaine, au niveau du ré- trécissement, des dépôts qui perturbent la marche de l'in- stallation et nécessitent son arrêt pour nettoyage. Le but de l'invention est d'apporter à ce problème une solution nouvelle ne présentant pas les inconvénients des solutions connues. L'installation objet de l'invention est caracté- risée en ce que la sortie des gaz du cyclone associé au four de précalcination est reliée au circuit des gaz de l'échangeur à cyclones en un point situé-en aval, en con- sidérant le sens de circulation des gaz, du cyclone traversé en dernier par les matières traitées, et un dispositif créant une perte de charge est placé sur ledit circuit des gaz entre le dernier cyclone et le point de jonction avec ledit circuit de gaz de la conduite raccordée à la sortie du cyclone associé au four de-précalcination. Le dispositif créant la perte de charge peut être constitué par un rétré- cissement formé sur la conduite reliant le dernier et l'avant-dernier cyclones de l'échangeur. Ce dispositif peut aussi être constitué par un cyclone supplémentaire incorporé à l'échangeur à cyclones entre le dernier et l'avant-dernier cyclone. Il peut encore être constitué par le cyclone asso- cié au four de précalcination qui est alors placé sur la conduite reliant les dernier et avant-dernier cyclones de l'échangeur. Suivant un premier mode de réalisation de l'inven- tion, l'échangeur comporte quatre cyclones reliés en série de façon à être traversés successivement par les fumées du four de clinkerisation et, en sens inverse, par les ma- tières à traiter, la sortie des matières du dernier cyclone de l'échangeur, en considérant le sens de circulation des matières à traiter, est reliée a la conduite amenant l'air du refroidisseur de clinker au four de précalcination, de sorte que ces matières sont introduites dans ce dernier en suspension dans le courant d'air, les matières séparées des fumées dans le cyclone associé au four de précalcination étant introduites dans le four de clinkerisation, la sortie des gaz du cyclone associé au four de précalcination est reliée à l'entrée de l'avant- dernier cyclone de l'échangeur et un rétrécissement est formé sur la conduite reliant le dernier et l'avant-dernier cyclones de l'échangeur. Les ma- tières sortant du deuxième cyclone de l'échangeur peuvent être introduites, soit dans la conduite reliant les dernier et avant-dernier cyclones de l'échangeur, en aval du rétré- cissement, soit dans la conduite reliant le cyclone associé au four de précalcination à l'avant-dernier cyclone de l'é- changeur, soit en partie dans l'une et en partie dans l'autre. Suivant un autre mode de réalisation de l'inven- tion, l'échangeur comporte cinq cyclones reliés en série de façon à être traversés successivement par les fumées du four de clinkerisation et, en sens inverse, par les ma- tières à traiter, la sortie des matières du cinquième cy- clone de l'échangeur, en considérant le sens de circulation des matières à traiter, est reliée à la conduite amenant l'air du refroidisseur de clinker au four de précalcination, de sorte que ces matières sont introduites dans ce dernier en suspension dans le courant d'air, les matières séparées des fumées dans le cyclone associé au four de précalcina- tion étant introduites dans le four de clinkerisation, et la sortie des gaz du cyclone associé au four de précalcina- tion est reliée à l'entrée du troisième cyclone de l'échan- geur. Les matières sortant du deuxième cyclone de l'échan- geur peuvent être introduites, soit dans la conduite reli- ant les troisième et quatrième cyclones de l'échangeur, soit dans la conduite reliant le cyclone associé au four de précalcination au troisième cyclone, soit en partie dans l'une et en partie dans l'autre. Suivant un troisième mode de réalisation de l'in- vention, l'échangeur comporte quatre cyclones reliés en sé- rie de façon A être traversés successivement par les fumées du four de clinkerisation et, en sens inverse, par les ma- tières A traiter, la sortie des matières du dernier cyclone de l'échangeur, en considérant le sens de circulation des matières A traiter, est reliée A la conduite amenant l'air du refroidisseur de clinker au four de précalcination, de sorte que les matières sont introduites en suspension dans le courant d'air, les matières séparées des fumées dans le cyclone associé au four de précalcination étant intro- duites dans le four de clinkerisation, la sortie des gaz du dernier cyclone de l'échangeur est reliée A l'entrée du cy- clone associé au four de prébalcination et la sortie de ce cyclone est reliée à l'entrée du troisième cyclone de l'é- changeur, les matières sortant du troisième cyclone étant introduites de façon classique dans la conduite reliant le four de clinkerisation A l'entrée du dernier cyclone de l'échangeur. D'autres caractéristiques de l'invention appara - tront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui sont de schémas d'installa- tions réalisées conformément A l'invention. L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 est constituée essentiellement par un échangeur A cyclones 10, un four de précalcination 12 auquel est asso- cié un cyclone 14, un four de clinkerisation 16 et un re- froidisseur de clinker 18. L'échangeur 10 est formé de quatre cyclones 1, 2, 3 et 4 placés à des niveaux différents et supportés par une tour. L'entrée du cyclone inférieur 4 est reliée par une conduite 20 au capot des fumées du four 16 et la sortie des gaz de chaque cyclone est reliée à l'entrée du cyclone placé au-dessus par une conduite 22, 24 ou 26, de sorte que les fumées du four 16 passent successivement dans les cy- clones 4, 3, 2 et 1 et sont finalement rejetées à l'atmos- phère, après avoir été dépoussiérées, par un ventilateur de tirage 28. Des conduits 30, 32 et 34 pour l'évacuation des matières traitées sont raccordés à la pointe des cy- clones 1, 2 et 3 et débouchent dans les conduites 24, 22 et , respectivement. Un conduit 36 raccordé à la pointe du cyclone 4 débouche dans une conduite 38 reliant le refroi- disseur de clinker 18 au four de précalcination 12. Les matières premières introduites en A, sous forme finement divisée, dans la conduite 26 passent ainsi successivement dans les cyclones 1, 2, 3 et 4 en étant mises en suspen- sion dans les fumées puis séparées de celles-ci dans les cyclones, de façon à réaliser un échange à contre-courant. Les matières séparées des fumées dans le cyclone 4 sont in- troduites dans la conduite 38 et transportées par l'air chaud qui y circule jusqu'au four de précalcination 12. Le four 12 est constitué par une chambre de révo- lution, à axe vertical, dont la partie supérieure est cylin- drique et la partie inférieure tronconique. Il comporte à son extrémité supérieure une entrée tangentielle à laquelle aboutit la conduite d'amenée d'air 38 et a son extrémité inférieure une sortie axiale reliée à l'entrée du cyclone 14. Un dispositif 40 pour l'injection d'un combustible solide ou liquide dans le four est placé sur le plafond de la chambre. Dans le four 12, le combustible brûle au contact de l'air en dégageant de la chaleur qui assure la décarbo- natation au moins partielle des matières en suspension dans le courant d'air. Les fumées et les matières au moins partiellement décarbonatées sortent du four, par son ex- trémité inférieure et entrent dans le cyclone 14 o les ma- tières sont séparées des fumées pour être introduites dans le four 16. Les fumées du four de précalcination sont ame- nées par une conduite 42 à l'entrée du cyclone 3 o elles se mélangent aux fumées du four 16. Le four 16 est un four tubulaire, rotatif, chauffé par un brûleur 44 placé à son extrémité aval, en considérant le sens de circulation des matières. L'air secondaire uti- lisé dans le four 16 provient du refroidisseur de clinker 18. L'air chaud produit dans le refroidisseur 18 doit être réparti entre les fours 12 et 16 dans des proportions bien déterminées; généralement, on utilisera 40 à 45 % du débit d'air total dans le four 16 et 55 à 60 % dans le four 12. Etant donné qu'on utilise un seul ventilateur 28 pour faire circuler les gaz dans le four 16, la conduite 20, le cyclone 4 et la conduite 22, d'une part, et la conduite 38, le four 12, le cyclone 14 et la conduite 42, d'autre part, les per- tes de charge dans ces deux portions de circuit, pour les débits qui doivent y circuler, doivent être égales. Comme la section du four 16 est très supérieure à celle de la conduite 38, on prévoit dans la conduite 22 un rétrécisse- ment 46 qui crée- une perte de charge supplémentaire. L'aire de cette section rétrécie est choisie pour obtenir la ré- partition voulue des débits d'air entre les fours 12 et 16. On peut noter que ce rétrécissement est situé dans une zone o, la température des fumées n'étant pas très élevée, il ne risque pas de se produire de dépôts risquant de perturber la marche de l'installation. Comme représenté en tirets sur la figure 1, une partie ou la totalité des matières extraites du cyclone 2 peut être introduite dans la conduite 42 reliant le cyclone 14 au cyclone 3. Dans l'installation de la figure 2, la perte de charge supplémentaire sur le circuit des fumées du four 16' est créée par un cyclone supplémentaire 50 qui est incor- poré à l'échangeur 10' et placé entre les cyclones 3' et 4'. L'entrée du cyclone 50 est reliée par une conduite 52 à la sortie du cyclone 4t et sa sortie est reliée par une con- duite 54 à l'entrée du cyclone 3'. Le conduit d'évacuation des matières du cyclone 3' débouche dans la conduite 52 et le conduit d'évacuation des matières du cyclone 2' débouche dans la conduite 54; des moyens peuvent être prévus pour diriger une partie ou la totalité du courant des matières sortant du cyclone 2' vers la conduite 42' qui relie le cy- clone 14' a l'entrée du cyclone 3'. Les caractéristiques du cyclone 50 sont choisies pour obtenir la répartition voulue des débits d'air entre les fours 12' et 16'. Le fonctionnement de cette installation est iden- tique à celui de l'installation de la figure 1: les ma- tières premières passent successivement dans les cyclones 1', 2' et 3' et les conduites qui-les relient, o elles sont chauffées par les fumées des fours 12' et 16', dans les cyclones 50 et 4' et les conduites qui les relient, o elles sont chauffées uniquement par les fumées du four 16', dans le four 12' et le cyclone 14', o elles sont au moins partiellement décarbonatées, dans le four 16' o elles sont clinkerisées et enfin dans le refroidisseur 18'. Dans l'installation de la figure 3, on a crée une perte de charge supplémentaire sur le circuit des fu- mées du four 16" en faisant passer celles-ci dans le cyclone 14", avec les fumées du four 12". Pour cela, on a relié la sortie des gaz du cyclone 4" à l'entrée du cyclone 14", par une conduite 60 à laquelle est reliée la sortie du four 12", et la sortie des gaz du cyclone 14" est reliée à l'entrée du cyclone 3" par une conduite 62. Dans cette installation, le trajet suivi par les matières à traiter est identique à celui qu'elles suivent dans l'installation de la figure 1. Dans ce cas, c'est en jouant sur les caractéristiques du cyclone 4" qu'on obtient la répartition voulue de l'air entre les fours 12" et 16". Des modifications peuvent être apportées aux in- stallations décrites par la substitution de moyens tech- niques équivalents, et il doit être entendu que toutes ces modifications entrent dans le cadre de l'invention. R E V E N D I C A T IO N S 1. Installation pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un échangeur de chaleur à cyclones (10, 10', 10"), un four de précalcination (12, 12', 12") o les matières sont traitées en suspension dans un courant gazeux, un cyclone (149 14', 14") associé au dit four et oû les matières sont séparées des fum6es du four, un four de clinkerisation (16, 16',, 16") et un refroidisseur de clinker (18, 18'9 18"), les fumées des deux fours étant utilisées dans l'échangeur à cyclones pour préchauffer les matières premières et l'air chaud produit dans le refroidisseur de clinker étant utilisé en partie dans le four de précalcination et en partie dans le four de clinkerisation, caractérisée en ce que la sortie des gaz du cyclone (14, 14', 14") associé au four de précalcination est reliée au circuit des gaz de l'échangeur à cyclones (10, 10', 10") en un point situé en aval, en considérant le sens de circulation des gaz, du cyclone (4, 4', 4") de l'échangeur traversé en der- nier par les matières traitées, et un dispositif (46, , 14") créant une perte de charge est placé sur ledit circuit des gaz entre ce dernier cyclone (4, 4', 4") et le point de jonction avec ledit circuit des gaz de la conduite (42, 42', 62) raccordée à la sortie du cyclone (14, 14', 14") associé au four de précalcination. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif créant une perte de charge est constitué par un rétrécissement (46) formé sur la con- duite (22) reliant le dernier (4) et l'avant-dernier(3) cyclones de l'échangeur. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif créant une perte de charge est con- stitué par un cyclone supplémentaire (50) incorporé à l'échangeur à cyclones, entre le dernier (4') et l'avant- dernier (3') cyclones. 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif créant la perte de charge est con- stitué par le cyclone (14") associé au four de précalci- nation (12") qui est placé, sur le circuit des gaz de l'échangeur, entre le dernier (4") et l'avant-dernier (3") cyclones. 5. Installation pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un échangeur de chaleur à cyclones (10), un four de précalcination (12), un four de clinkerisa- tion (16) et un refroidisseur de clinker (18), l'échan- geur étant formé de quatre cyclones (1, 2, 3, 4) reliés en série de façon à être traversés successivement par les fumées du four de clinkerisation et, en sens inverse, par les matières à traiter, la sortie des matières du dernier cyclone (4) de l'échangeur, en considérant le sens de circulation des matières à traiter, étant reliée à une conduite (38) amenant l'air du refroidisseur de clinker au four de précalcination, de sorte que celles- ci sont introduites dans ce dernier en suspension dans le courant d'air, et les matières séparées des fumées dans un cyclone (14) associé au four de précalcination étant introduites dans le four de clinkerisation, carac- térisée en ce que la sortie des gaz du cyclone (14) associé au four de précalcination (12) est reliée à l'entrée de l'avant-dernier cyclone (3) de l'échangeur et un rétrécissement (46) est formé sur la conduite (22) reliant le dernier (4) et l'avant-dernier (3) cyclones de l'échangeur. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une fraction au moins des matières sortant du deu- xième cyclone (2) de l'échangeur est introduite dans la conduite (22) reliant le dernier et l'avant-dernier cy- clones, en aval dudit rétrécissement (46). 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une fraction au moins des matières sortant du deu- xième cyclone (2) de l'échangeur est introduite dans la conduite (42) reliant la sortie des gaz du cyclone (14) associé au four de précalcination à l'entrée de l'avant- dernier cyclone (3). 8. Installation pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un échangeur de chaleur à cyclones (10'), un four de précalcination (12'), un four de clinkerisation (16') et un refroidisseur de clinker (18'), l'échangeur étant formé de cinq cyclones (1', 2', 3', 50, 4') reliés en série de façon à être traversés successivement par les fumées du four de clinkerisation et, en sens inverse, par les matières à traiter, la sortie des matières du cinquième cyclone (4') de l'échangeur, en considérant le sens de circulation des matières à traiter, étant reliée à une conduite (38') amenant l'air du refroidis- seur de clinker au four de précalcination, de sorte que ces matières sont introduites dans ce dernier en sus- pension dans le courant d'air, et les matières séparées des fumées dans un cyclone (14v) associé au four de pré- calcination étant introduites dans le four de clinkeri- 1S sation, caractérisée en ce que la sortie des gaz du cyclone (14') associé au four de précalcination est re- liée à l'entrée du troisième cyclone (3') de l'échan- geur. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une fraction au moins des matières sortant du deuxième cyclone (2') de l'échangeur est introduite dans la conduite (42') reliant la sortie des gaz du cyclone (14') associé au four de précalcination à l'entrée du troisième cyclone (3'). 10. Installation pour la fabrication du ciment par voie sèche comportant un échangeur de chaleur à cyclones (10"), un four de pr6calcination (12"), un four de clinkerisation (16") et un refroidisseur de clinker (18"), l'échangeur étant formé de quatre cyclones (1", 2", 3", 4") reliés en série de façon à être tra- versés successivement par les fumées du four de clinke- risation et, en sens inverse, par les matières à trai- ter, la sortie des matières du dernier cyclone de l'échangeur, en considérant le sens de circulation des matières à traiter, étant reliée à une conduite (38") amenant l'air du refroidisseur de clinker au four de précalcination, de sorte que les matières sont intro- duites en suspension dans le courant d'air et les ma- tières séparées des fumées dans un cyclone (14") asso- cié au four de précalcination étant introduites dans le four de clinkerisation, caractérisée en ce que la sortie des gaz du dernier cyclone (4") de l'échangeur est re- liée à l'entrée du cyclone (14") associé au four de pré- calcination (12") et la sortie de ce cyclone est reliée à l'entrée du troisième cyclone (3") de l'échangeur, les matières sortant du troisième cyclone étant intro- duites dans une conduite (20") reliant le four de clinkerisation à l'entrée du dernier cyclone (4") de l'échangeur.