Brevet FR2499230A1 — publié le 19820806

La présente invention concerne un procédé et un appareil destinés au préchauffage de la matière particulaire et, plus spécialement, un procédé et un appareil perfectionnés permettant de préchauffer la matière particulaire de manière plus uniforme et plus efficace que cela était jusqu'ici possible à l'aide des procédés et des appareils de la technique antérieure. Alors que l'invention s'applique de manière générale au préchauffage de la matière particulaire, une application spéciale concerne le préchauffage et la précalcination de la pierre à chaux par circulation de la pierre à chaux et des gaz de four chauds venant du four de calcination avec échange de chaleur mutuel à contre- courant. Les appareils de préchauffage de ce type général sont bien connus et sont décrits dans des brevets de la technique antérieure, parmi lesquels on notera les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 3 601 376, no 3 832 128 et n0 3 903 612, ainsi que la technique antérieure présentement discutée et citée. Dans l'appareil classique de préchauffage et de pré- calcination de pierre à chaux, on délivre la pierre à chaux à une trémie de stockage disposée en hauteur, puis on la fait descendre, via un passage annulaire de préchauffage et de précalcination, jusqu'à un moyen central de décharge, tout en faisant circuler les gaz de four chauds en échange de chaleur à contre-courant avec la pierre à chaux dans au moins la région inférieure du passage annulaire de préchauffage et de précalcination avant d'évacuer les gaz de four chauds de l'appareil de préchauffage. Dans un semblable appareil de préchauffage, les gaz de four chauds tendent à suivre les chemins du moindre résistance, à savoir le plus court trajet de la source des gaz chauds à la sortie d'évacuation des gaz en passant par le courant annulaire de pierre à chaux. Ce plus court chemin ne répartit pas uniformément les gaz dans le courant annulaire de pierre à chaux. Avec le procédé et l'appareil de préchauffage de l'invention, non seulement les gaz de four chauds circulent en remontant en relation d'échange de chaleur à contre-courant sur sensiblement toute la longueur du passage annulaire de préchauftage et de précalcination, mais, en outre, une partie des gaz de four chauds sont introduits directement dans des conduites orientées radialement qui déchargent les gaz chauds venant des régions infé- rieures des conduites sensiblement sur toute l'étendue radiale du passage annulaire de manière à amener les gaz chauds à circuler vers l'extérieur autour et sur les cOtés opposée des conduites, puis à contre-courant de la matière particulaire circulant sur les côtés opposés des conduites. Le procédé et l'appareil de préchauffage permettent d'obtenir un préchauffage et une précalcination plus uniformes de la matière particulaire. En outre, puisque les gaz de four chauds passent directement dans des conduites orientées radia- lement sans traverser la pierre à chaux, on obtient un plus grand rendement du fait de la sensible réduction de la résistance à l'écou- lement des gaz de four chauds ainsi qu'une réduction de la puissance électrique nécessaire pour amener le courant de gaz de four chauds à traverser l'appareil de préchauffage. D'autres caractéristiques nouvelles du procédé et de l'appareil de préchauffage de l'invention concernent la structure - modulaire de l'appareil et, en particulier, sa section inférieure de préchauffage et de précalcination, le fait que sont prévues plusieurs goulottes disposées suivant un réseau annulaire de manière à constituer une barrière vis-à-vis des fluides gazeux entre la trémie de stockage supérieure et la section inférieure de préchauffage et de précalci- nation, ainsi que la structure des conduites de gaz de four chauds radialement orientées et leurs moyens de refroidissement. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation de l'appareil de préchauffage selon l'invention, présenté partiellement en coupe et avec des parties de la paroi extérieure découpées; - la figure 2 est une vue en plan de dessus de l'appareil de préchauffage présenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2, suivant le sens des flèches; - la figure 4 est une vue en plan fragmentaire découpée en coupe d'une partie de l'appareil de préchauffage de l'invention; et - les figures 5 et 6 sont des vues en coupe prises suivant les lignes 5-5 et 6-6 de la figure 3 respectivement, suivant le sens des flèches. L'appareil de préchauffage et de précalcination de pierre à chaux selon l'invention comporte une structure modulaire verticale 10 possédant une entrée supérieure 11 disposée centralement à laquelle la pierre à chaux est fournie et un moyen de décharge inférieur 12 centralement disposé qui communique avec un four rotatif 14 par l'intermédiaire d'une conduite de transfert 13. La pierre à chaux introduite par l'entrée 11 passe dans une trémie de stockage disposée dans la région supérieure de l'appareil de préchauffage, et elle est envoyée par l'intermédiaire de goulottes 16 dans une section annulaire 17 de préchauffage et de précalcina- tion de la région inférieure de l'appareil de préchauffage. Tandis que la pierre à chaux descend à l'intérieur de la section 17 de préchauffage et de précalcination en direction du moyen de décharge 12, des gaz de four chauds venant du four circulent à contre-courant de manière à préchauffer et précalciner la pierre à chaux avant sa décharge et son introduction dans le four. La trémie de stockage 15 de la région supérieure de l'appareil de préchauffage est délimitée par un toit supérieur 18, une formation conique centrale ayant une surface supérieure 19 qui se prolonge vers le bas et vers l'extérieur et une surface exté- rieure 20 s'étendant vers le bas et vers l'intérieur qui coopère avec la surface inclinée 19 de manière à former un passage d'écou- lement se rétrécissant en direction du bas, depuis la trémie de stockage jusqu'aux goulottes 16. La pierre à chaux se trouvant à l'intérieur de la trémie de stockage est dirigée vers l'extérieur jusqu'au passage d'écoulement annulaire, puis elle passe via les goulottes 16 dans la section annulaire 17 de préchauffage et de précalcination de la région inférieure de l'appareil de préchauffage. La section annulaire 17 de préchauffage et de précal- cination est sensiblement formée de plusieurs modules assemblés de manière à constituer un passage d'écoulement annulaire allant des extrémités inférieures des goulottes 16 jusqu'à la décharge 12 de l'appareil de préchauffage et formés d'un toit 21 en escalier et de parois 22, 23 intérieure et extérieure se trouvant au-dessus d'un plancher en pente 24. La pierre à chaux sortant de l'extrémité inférieure des goulottes traverse la section annulaire 17 de pré- chauffage et de précalcination pour aller jusqu'au plancher en pente 24, puis sort par la décharge 12 qui la délivre au four. Pendant son écoulement vers le bas au travers de la section annu- laire de préchauffage et de précalcination, la pierre à chaux est préchauffée et précalcinée par l'écoulement à contre-courant des gaz de four chauds qui remontent au travers de la pierre à chaux jusqu'au tuyau d'air 25 se trouvant au-dessus de la pierre à chaux dans la région supérieure externe de la section de préchauffage et de précalcination. Les régions 25 formant le tuyau d'air des modules sont connectées de manière à constituer une conduite de décharge de gaz chauds qui communique avec une paire de passages d'évacuation 26 par lesquels les gaz du four sont évacués sous l'action d'un ventilateur à aspiration induite (non représenté) qui envoie les gaz chauds sur un collecteur de poussières. Les extrémités inférieures des goulottes 16 comportent des parois diagonales l6a orientées vers le bas et latéralement et une paroi diagonale 16b orientée vers le bas et vers l'extérieur qui permettent à la pierre à chaux de se répartir vers l'extérieur, tandis qu'elle arrive dans la région supérieure interne de la section annulaire de préchauffage et de précalcination. Les parois diagonales 16a et 16b dirigées vers l'extérieur répartissent la matière particulaire de façon qu'il soit assuré pour le gaz chaud une longueur de trajet à contre-courant plus uniforme. L'appareil de préchauffage de l'invention peut être une structure cylindrique, mais, pour faciliter la construction et par raison d'économie, il est de préférence une structure modulaire qui, dans le mode de réalisation présenté sur les dessins, est constituée de dix modules, respectivement désignés par les symboles n' 1 à n9 10 sur la figure 2. De la même façon, sa section annulaire 17 de préchauffage et de précalcination peut également avoir une structure cylindrique, c'est-à-dire que les parois 22 et-23 respec- tivement intérieure et extérieure peuvent avoir avoir une forme cylindrique,mais, dans le mode de réalisation préféré représenté sur les dessins, elles ont une forme polygonale. Puisque les gaz de four chauds remontent par tous les modules de la section annulaire de préchauffage et de précalcination jusqu'à la conduite d'évacuation formée par les tuyaux d'air raccordés , il faut que les régions 25 des tuyaux d'air des modules aient un volume en augmentation progressive au fur et à mesure que les modules se rapprochent des évacuations 26. On peut réaliser cette caractéris- tique en donnant au toit 21 une forme d'escalier qui remonte depuis les modules n' 5 et n0 6 qui sont éloignés des évacuations 26 jusqu'aux modules n' 1 et n0 10 qui contiennent les évacuations. Les goulottes 16 forment une barrière efficace vis-à-vis des fluides gazeux entre la trémie de stockage 15 et la section annulaire 17 de préchauffage et de précalcination. Puisqu'elles sont relativement longues au regard de leur section droite et complète- ment remplies de pierre à chaux, elles empêchent efficacement le courant d'air ambiant de passer de la trémie de stockage à la section de préchauffage et de précalcination. La pierre à chaux préchauffée et précalcinée est déchargée de manière uniforme par la décharge 12 grâce au déplacement alternatif de plusieurs dispositifs d'alimentation à piston 27 actionnés suivant un ordre prédéterminé. Ces dispositifs d'alimentation à piston, généralement du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 601 376, ont une dimension relativement large et sont montés sur des rails 28 du plancher incliné 24. Les dispositifs d'alimenta- tion à piston sont raccordés par des tiges 29 à des éléments d'action- nement 30 articulés par leurs extrémités supérieures et actionnés en mouvement alternatif au niveau de leurs extrémités inférieures par des vérins ou cylindres hydrauliques 31. La longueur de la course de chaque dispositif d'alimentation à plongeur 27 peut être commandée par des interrupteurs limiteurs (non représentés) et l'ordre d'actionnement peut être commandé électroniquement. Lorsqu'un cylindre ou vérin hydraulique s'actionne, le dispositif d'alimenta- tion à plongeur correspondant se déplace vers l'intérieur en poussant la pierre à chaux préchauffée et précalcinée dans la décharge 12 afin d'amener son transfert via la goulotte 13 jusqu'au four rotatif 14. Le but principal de l'appareil de préchauffage et de précalcination de l'invention est d'utiliser efficacement la circu- lation à contre-courant des gaz du four pour préchauffer et pré- calciner la pierre à chaux plus uniformément et plus efficacement. A cet effet, l'appareil de préchauffage possède une paroi isolée 32 revêtue d'un matériau réfractaire à une certaine distance au-dessus de la décharge 12 en forme d'entonnoir afin de diriger les gaz de four chauds vers l'extérieur, via le passage annulaire défini entre le plancher incliné 24 et la paroi isolée 32, puis, en remontant, via le passage d'écoulement annulaire 17 de la section de préchauf- fage et de précalcination, jusqu'au tuyau ou conduite d'air 25 en vue d'une évacuation finale par les ouvertures d'évacuation 26. Puisque cet écoulement à contre-courant de gaz d'évacuation tend à s'effectuer suivant le plus court chemin de moindre résistance au travers de la pierre à chaux, on prévoit des moyens pour répartir plus largement l'écoulement afin d'obtenir un préchauffage et une précalcination plus uniformes. Pour répartir l'écoulement de gaz de four chauds plus largement et uniformément au travers du passage d'écoulement annulaire 17 entre sa paroi interne 22 et sa paroi externe 23, on prévoit plusieurs parois isolées 33 orientées radia- lement dans le passage d'écoulement annulaire 17 suivant le trajet de la pierre à chaux, de sorte que la pierre à chaux s'écoule vers le bas sur les côtés opposés des parois. Chacune des parois 33 contient un canal 34 radialement orienté qui est en communication ouverte avec le passage d'écoulement 17 au niveau du fond de la paroi. Les canaux 34 conduisant les gaz chauds sont en communication ouverte, par leurs extrémités inférieures, avec les gaz de four chauds se trouvant au-dessus de la pierre à chaux déplacée par les dispositifs d'alimentation à plongeur 27 suivant la paroi inclinée 24, et les gaz de four chauds passent directement et sans-obstacle dans les canaux 34 radialement orientés d'o ils sont libérés dans la pierre à chaux sur toute l'étendue du passage d'écoulement entre ses parois interne et externe 22 et 23. Les gaz chauds redescendent puis vont vers l'extérieur sur les côtés en regard des parois 33 pour remonter ensuite à travers la pierre à chaux afin de produire une répartition d'écoulement plus uniforme. En raison de la haute température régnant dans le passage d'écoulement annulaire et malgré le fait que les parois 33 sont isolées à l'aide d'un matériau réfractaire, les parois 33 sont de préférence refroidies par des passages d'air 35 se trouvant au-dessus des canaux 34 et laissant entrer l'air ambiant par leurs extrémités extérieures pour le faire passer dans la région centrale creuse de l'appareil de préchauffage et de précalcination. Des ouvertures d'observation 36 sont prévues dans la paroi externe de l'appareil afin de permettre d'examiner l'intérieur de l'appareil de préchauffage et de précalcination. Le plancher incliné 24, la paroi 32, les parois radiales 33 et les régions inférieures 22a et 23a des parois 22 et 23 sont tous isolés à l'aide de matériaux réfractaires pour assurer un meilleur rendement de l'opération de préchauffage et de précalcination. La répartition améliorée des gaz de four chauds, rendue possible par les canaux radiaux 34, permet d'obtenir une pierre à chaux plus uniformément préchauffée et précalcinée. De plus, la résistance à l'écoulement des gaz chauds diminue de manière appré- ciable, produisant une chute de pression de l'ordre de 40% environ inférieure à celle de l'appareil de préchauffage ayant la structure présentée et décrite dans le brevet no 3 601 376 cité ci-dessus, de sorte qu'il faut beaucoup moins d'énergie pour faire passer les gaz de four chauds au travers de l'appareil de préchauffage et de précalcination. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Appareil de préchauffage pour matière particulaire, caractérisé en ce qu'il comprend un passage d'écoulement annulaire (17) pour matière particulaire ayant une décharge inférieure (12), un moyen (13) permettant d'introduire des gaz de four chauds dans la région inférieure du passage d'écoulement annulaire afin qu'ils circulent à contre-courant et en relation d'échange de chaleur avec la matière particulaire, plusieurs conduites (34) de gaz de four chauds orientées radialement transversalement audit passage d'écou- lement annulaire et recevant les gaz de four chauds à leurs extrémités intérieures, et un moyen (25) permettant d'évacuer les gaz de four chauds des régions inférieures des conduites radiales sensiblement sur toutes leurs longueurs radiales de façon à amener les gaz de four chauds à circuler vers l'extérieur autour des conduites radiales, puis à contre-courant de la matière particulaire. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions inférieures des conduites radiales sont des canaux (34) en communication ouverte avec la matière particulaire coupant sensiblement la dimension radiale du passage d'écoulement de façon que la matière particulaire descende autour des conduites radiales et que les gaz de four chauds remontent autour des conduites à contre-courant et en relation d'échange de chaleur avec la matière particulaire. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi (33) orientée radialement qui loge la conduite pour gaz de four chauds et un passage (35) destiné à un fluide de refroidissement en relation d'échange de chaleur avec la paroi orientée radialement. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (25) de décharge de gaz de four chauds dans la région externe supérieure du passage d'écoulement annulaire (17) et une sortie (26) d'évacuation de gaz de four chauds en commu- nication avec ladite conduite de décharge. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une trémie de stockage (15) dans sa région supérieure destinée à la matière particulaire et plusieurs goulottes (16) reliant l'extrémité de décharge inférieure de la trémie de stockage avec la région supérieure du passage d'écoulement annulaire afin d'alimenter le passage annulaire en matière particulaire en provenance de la trémie de stockage et d'établir entre eux une barrière vis-à-vis des fluides gazeux. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités de décharge inférieures des goulottes communiquent avec la région interne supérieure du passage d'écoulement annulaire, et en ce qu'il comporte une conduite (25) de décharge de gaz de four chauds dans la région externe supérieure du passage d'écoule- ment et des parois diagonales (16a, 16b) orientées vers le bas et vers l'extérieur qui partent des extrémités inférieures externes des goulottes afin d'aider à répartir la matière particulaire pour qu'une longueur de trajet à contre-courant plus uniforme de gaz chauds soit assurée. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage d'écoulement annulaire est formé de plusieurs modules (no 1 à 10) ayant chacun des parois intérieure et extérieure (22, 23) et un toit (21), une sortie (26) d'évacuation de gaz de four chauds qui est placée dans la région supérieure de la paroi extérieure de l'un des modules, une région extérieure du module formant un tuyau d'air (25), les tuyaux d'air raccordés formant une conduite de décharge destinée auxgaz de four chauds, et en ce que les toits et les hauteurs des modules croissent de manière échelonnée depuis un module plus éloigné en communication avec la sortie d'évacuation de gaz de four chauds jusqu'au module contenant la sortie d'évacuation de gaz de four chauds, de manière à former une conduite pour gaz de four chauds ayant un volume progressivement plus grand. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décharge inférieure (12) partant du passage d'écoulement annulaire (17) est disposée centralement dans la région inférieure de l'appareil de préchauffage, et en ce qu'il comporte un plancher (24) incliné vers le bas pour l'écoulement de la matière particulaire - entre le passage d'écoulement annulaire et la décharge, et plusieurs dispositifs d'alimentation (27) à mouvement alternatif qui déplacent la matière particulaire entre l'extrémité inférieure du passage d'écoulement annulaire et la décharge. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduites radiales (34) comportent une paroi isolée (33) radialement orientée qui coupe le passage d'écoulement annulaire, un canal ouvert (34) s'étendant de manière continue suivant la partie inférieure de ladite paroi et communiquant à son extrémité interne avec les gaz de four chauds pour les évacuer du canal de manière qu'ils circulent vers l'extérieur, puis vers le haut autour des cOtés de la paroi en relation d'échange de chaleur à contre- courant avec la matière particulaire circulant vers le bas sur les cOtés opposés de ladite paroi. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un passage (35) dans ladite paroi au-dessus du canal, pour permettre l'écoulement d'un air de refroidissement ambiant en direction de l'intérieur de l'appareil de préchauffage. 11. Procédé de préchauffage de matière particulaire, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à alimenter un passage d'écoulement annulaire ayant une extrémité de décharge inférieure en matière particulaire, à introduire les gaz de four chauds dans la région inférieure dudit passage d'écoulement annulaire afin qu'ils circulent en relation d'échange de chaleur à contre-courant avec la matière particulaire, et introduire les gaz de four chauds dans le passage d'écoulement annulaire via des conduites radialement orientées qui communiquent avec les gaz de four chauds au niveau de leurs extrémités intérieures et qui déchar- gent les gaz de four chauds par les régions inférieures des conduites radiales suivant sensiblement toute leur longueur radiale afin de faire que les gaz de four chauds circulent vers l'extérieur autour des conduites radiales, puis remontent à contre-courant de la matière particulaire. 21.99233 Il 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte l'opération consistant à alimenter en matière parti- culaire la région supérieure du passage d'écoulement annulaire à partir d'une trémie de stockage placée en hauteur grâce à plusieurs goulottes qui forment une barrière Vis-à-vis des fluides gazeux entre la trémie de stockage et le passage d'écoulement annulaire.