Brevet FR2505473A1 — publié le 19821112

Installation Pour la fabrication de clinker Portland munie dtun préchauffeur et conçue pour réaliser une récupération dtune partie de l'enthalpie des gaz à la sortie du préchauffeur. Dans la technologie de la fabrication de clinker de ciment Portland par voie sèche, on conna t des fours tournants avec préchauffeur à suspension de la farine crue Dans ces installations, les gaz qui sortent du préchauffeur ont une température d'environ 3500 C et une partie de leur teneur en chaleur peut servir à sécher les matières premières quand l'humidité de celles-ci lexige Le dépoussiérage de ces gaz s'effectue dans des filtres électrostatiques après conditionnement dans une tour appropriée pour l'humidité et la température. La plus récente technique connue des fours à ciment avec préchauffeur à suspension -dans le cas dtinstal- lations de grandes dimensions tire parti de ce qu'on appelle la précalcination de la farine (après le pré- chauffage et avant l'envoi au four tournant) dans un réacteur approprié alimenté par 30 à 60 % du combustible total-nécessaire au processus La précalcination permet de réaliser des capacités de production plus élevées à égalité de dimensions du four tournant et d'alléger le cycle interne des composés volatils Toutefois, ces avantages ont généralement pour contre-partie une élé- vation d'environ 300 C de la température des gaz à la sortie du préchauffeur à suspension (environ 38000), ce qui se traduit par une plus grande consommation spécifique de chaleur Quand l'humidité des matières premières est très faible, une part modeste seulement de cette chaleur peut être utilisée pour leur séchage, tandis que la majeure partie se dissipe dans la tour de conditionnement de l'électrofiltre. Le but de l'invention est de fournir une solution avantageuse pour la récupération de la chaleur contenue dans les gaz sortant du préchauffeur à suspension d'un four à ciment, spécialement s'il est muni d'un précal- -2 - cinateur, dans le cas o les matières premières ont une humidité assez faible pour pouvoir être séchées par une autre source de chaleur inutilisée autrement, comme par exemple l'air chaud expulsé dans ltatmosphère par le refroidisseur de clinker Dans les cas susdits de gaz sortant du préchauffeur à une température de 350 C et davantage, on peut penser à la possibilité dten récupérer partiellement l'enthalpie pour produire de l'énergie électrique au moyen d'une chaudière, d'une turbine à vapeur et dtun alternateur Il faut toutefois considérer que ltimportance de la récupération réali- sable est étroitement liée aux caractéristiques de la vapeur produite compte tenu des divers niveaux de tem- pérature utilisables des gaz La température des gaz étant par exemple de 350 C, une chaudière connue à récupération restituerait en énergie électrique environ 2,8 % de la quantité de chaleur consommée pour la cuisson du clinker, autrement dit, elle permettrait la production d'environ 10 k Wh par tonne de clinker fabriqué Avec une ohaudière fonctionnant avec un gas à 350 C, on risque, en outre, que la vapeur surchauffée, entrant dans la turbine à environ 25000 C ne puisse contenir des traces de liquide, ce qui entraîne un pré- judice inévitable pour la durée de la turbine. Il n'apparait donc pas très avantageux de proposer la récupération de chaleur au moyen de chaudières à récupération branchées sur les gaz de sortie du pré- chauffeur quand ceux-ci sont à une température d'environ 350 C. o Selon l'invention, on peut dire que le but défini plus haut est atteint au moyen d'une installation pour la fabrication de clinker Portland par voie sbche dans un four avec préchauffeur à suspension comprenant plu- sieurs stades, conçue pour réaliser une récupération avantageuse d'au moins une partie de l'enthalpie des gaz de sortie du préchauffeur et caractérisée par le fait qu'elle comprend, à la sortie du préchauffeur, une -3- chaudière pour la production de vapeur subdivisée en au moins deux sections à pressions différentes et un surchauffeur de la vapeur produite dans cette chaudière, situé dans une zone du préchauffeur o la température des gaz est d'au moins 5000 C. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques et les avantages de l'invention, on en donne ci- après des exemples d'exécution pratique qui ne doivent pas être considérés comme limitatifs, en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention, et La figure 2 est un schéma d'une installation selon un autre mode d'exécution de l'invention. Comme le montre la figure 1, une installation selon l'invention comprend un four tournant 21 pour la fabrication de clinker Portland, muni d'un refroidisseur de clinker à grille 22 Un ventilateur 23 envoie à un broyeur de farine crue 25 l'excès d'air chaud 24 sortant du refroidisseur. Le four 21 est relié à un précalcinateur 14 dans lequel on brdle une partie du combustible, environ 30 à 60 % du total Le précalcinateur 14 communique avec un préchauffeur de farine 9 comprenant une série de stades successifs, 15 (quatrième stade),16 (troisième), 17 (deuxième) et 18 (premier stade). Entre le deuxième stade 17 et le premier stade 18 est prévu un surchauffeur de vapeur 19; le stade 18 du préchauffeur communique avec une chaudière 31 par un conduit 30 muni dtun ventilateur 32 Cette chaudière 31 est subdivisée en deux sections 33 et 34 respectivement à basse pression et à haute pression La chaudière com- munique avec un filtre à tissu 35 à la sortie duquel agit un ventilateur 36 Enfin, au surchauffeur 19 sont reliés une turbine 10, qui actionne un alternateur 11, et un condenseur de vapeur 12. Ci-aprèst dans la description du fonctionnement de -k- ltinstallation de la figure 1, on laisse de c 8 té tout ce qui peut être considéré comme connu de l'homme de l'art Les gaz 8 sortant du précalcinateur 14 passent successivement aux stades 15, 16 et 17 du préchauffeur et parviennent ensuite au surchauffeur 19, à une température d'environ 550 o C; ensuite, ils sont aspirés par les ventilateurs 32 au premier stade du préchauf- feur et envoyés à la chaudière 31 dont ils parcourent successivement les deux sections 34 et 33. Dans la chaudière, les gaz 8 produisent de la vapeur; ensuite, ayant passé à travers le filtre 35, ils sont aspirés en 36 et expulsés dans l'atmosphère. La vapeur produite dans la chaudière parcourt un circuit indiqué par 7; à la sortie de la section 34 de la chaudière, la vapeur parvient au surchauffeur 19 et là, par échange thermique avec les gaz 8 qui sont à environ 550 C, il est surchauffé à environ 4500 C; du surchauf- feur, la vapeur parvient à la turbine 10 qui actionne ltalternateur 11. La vapeur de la turbine se condense en 12 et l'eau ainsi formée retourne à la chaudière suivant un circuit 6. L'alternateur 11 produit de l'énergie électrique en récupérant environ 8,3 % de la chaleur totale dépen- sée pour la cuisson du clinker ( 30 k Wh par tonne de clinker fabriqué) La consommation de chaleur nécessaire pour fabriquer 1 kg de clinker + 0, 03 k Wh d'énergie électrique est du même ordre que la consommation clas- sique de chaleur d'un four avec préchauffeur et précal- cinateur de farine (environ 3500 k J/kg de clinker). On voit immédiatement, d'après cela, l'avantage que permet de réaliser l'installation décrite ci-dessus. Une récupération d'énergie aussi avantageuse est pos- sible essentiellement grâce au fait que le surchauffeur est placé dans une zone de l'installation o les gaz ont une température suffisamment élevée pour permettre la production de vapeur surchauffée à environ 4500 C. -5- L'installation représentée par la figure 2 cons- titue un mode d'exécution de l'invention qui diffère de celui de la figure 1, d'une part, par le fait qu'une chaudière 37 destinée à la production de vapeur est subdivisée en deux sections 38,à basse pressionet 39, à haute pression, qui sont disposées dans des zones bien distinctes du conduit 30 de sortie des gaz du préchauffeur 9 Plus précisément, la zone à haute pres- sion 39 est située entre le préchauffeur 9 et les ven- tilateurs 32 Cette mesure permet d'éviter que la sec- tion à haute pression de la chaudière ne fonctionne avec des quantités excessives d'air parasite D'autre parts toujours dans l'installation de la figure 2, dans la section 38 de la chaudière à basse pression, on produit une quantité d'eau chaude supérieure à celle qui peut être vaporisée dans la section à haute pression Cet excès est envoyé, en totalité ou en partie, directement à travers un conduit 40, àun point approprié du surchauffeur 19 Celui-ci, outre qu'il a pour fonction de surchauffer la vapeur qui lui est amenée, assume encore en pareil cas la fonction de vaporisateur En faisant varier le débit de cet excès d'eau chaude produite dans la chau- dière et amenée au surchauffeur de vapeur, il est pos- sible aussi de maintenir constante la température de la vapeur surchauffée, lorsque la température des gaz sortant du deuxième stade du préchauffeur de farine varie Avec cette variante dtexécution de l'invention, la production d'énergie électrique est accrue de 30 à 33 k Wh par tonne de clinker (toujours avec une consom- mation totale de chaleur d'environ 3 500 k J/kg de clin- ker) On peut obtenir un nouvel accroissement de la récupération en produisant toujours dans la section à basse pression de la chaudière, outre la quantité dteau chaude qui peut être vaporisée dans la section à haute pression et dans le surchauffeur, de la vapeur saturée 41 à injecter en un point approprié de la turbine ou à utiliser pour l'actionnement direct de turbomoteurs La _ 6 _ limite technique du degré de récupération enthalpique des fumées dans la partie la plus froide de la section de la chaudière à basse pression est fixée par la teneur en SO 2 des fumées. Un mode dtexécution encore plus efficace de l'invention peut être obtenu lorsqu'on réalise le pro- cessus de cuisson du clinker avec une circulation interne à basse densité des composés mineurs dits vola- tilst c'est-à-dire quand les matières premières utili- sées pour la farine crue et les combustibles utilisés dans le processus sont particulièrement pauvres en chlorures, sulfates et alcalis pouvant facilement stéva- porer Dans ces conditions, on peut placer le surohauf- feur de vapeur non plus entre le deuxième et le premier stades du préchauffeur de farine comme indiqué plus haut, mais entre le troisième et le deuxième stades de celui-ci, sans qu'il se formes sur la surface extérieure des tubes du surchauffeur, des incrustations nuisibles de sulfates et chlorures alcalins et alcalino-terreux. Le surchauffeur travaille ainsi avec des gaz à environ 750 o C et peut produire de la vapeur surchauffée à envi- ron 5000 C. Que ce soit en plaçant le surchauffeur de vapeur entre les deuxième et premier stades ou entre les troi- sième et deuxième stades, l'invention offre un avantage supplémentaire qui est de restituer, à la sortie de la chaudière, des fumées dont la température et la teneur en humidité sont suffisamment basses pour que lton puisse les dépoussiérer dans des filtres à tissu au lieu de filtres électrostatiques Ce traitement permet d'éviter l'installation dtune tour de conditionnement et en même temps, d'atteindre dans les fumées filtrées des concen- trations de poussière inférieures à 15 mg/Nm 3. Ltutilisation la plus intéressante de l'énergie récupérée des gaz chauds à la sortie du préchauffeur dans une cimenterie, apparait être celle qui est indi- quée plus haut, à savoir la production d'énergie élec- 7- trique; en tout cas, toute autre utilisation doit 8 tre considérée comme rentrant dans le cadre de l'invention ici décrite _-8- REVENDICATIONS 1. Installation pour la fabrication de clinker Portland par voie sèche dans un four avec préchauffeur à suspension comprenant plusieurs stades, conçue pour réaliser une récupération avantageuse d'au moins une partie de l'enthalpie des gaz de sortie du préchauffeur et caractérisée par le fait qu'elle comprend, à la sortie du préchauffeur ( 9), une chaudière ( 31) pour la production de vapeur subdivisée en au moins deux sections ( 33, 34; 38, 39) à pressionsdifférenteset un surchauf- feur ( 19) de la vapeur produite dans cette chaudière, situé dans une zone de préchauffeur o la température des gaz est d'au moins 5000 C. 2. Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que le surchauffeur de vapeur ( 19) est situé entre le deuxième stade ( 17) et le premier stade ( 18) du préchauffeur à suspension. 3. Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que le surchauffeur de vapeur est situé entre le troisième stade ( 16) et le deuxième stade ( 17) du préchauffeur. 4. Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que de la section ( 33) à plus basse pression de la chaudière, de lveau surchauffée est ame- née au surchauffeur ( 9) pour y être vaporisée. 5. Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que dans la section à plus basse pression de la chaudière est produite de la vapeur satu- rée à envoyer à l'utilisation. 6 Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que les sections ( 33, 34) de la chaudière sont adjacentes. 7. Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que les sections ( 38, 39) de la chaudière sont situées en des zones séparées. 8. Installation selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que la vapeur ainsi produite est -9- amenée à une turbine ( 10) accouplée à un alternateur ( 11) pour la production d'énergie électrique. 9. Installation selon la revendication 1 S carac- térisée par le fait qutau moins une partie de la vapeur surchauffée ( 41) ainsi produite est amenée à un ou plusieurs turbomoteurs.