Brevet FR2510984A1 — publié le 19830211

L'invention concerne un procédé pour la calcination de la chaux, de la dolomite et des matières analogues, du genre dans lequel la matière brute introduite est tout d'abord préchauffée par les gaz sortant d'une zone de calci- nation dans un préchauffeur qui peut être, en particulier, un échangeur de chaleur à cyclones, puis traverse la zone de calcination, et enfin, en aval de cette dernière, est refroi- die par l'air de combustion dans un refroidisseur qui peut être, en particulier, un deuxième échangeur de chaleur à cyclones, tout l'air de combustion étant amené directement du refroidisseur à la zone de calcination et, de là, au préchauffeur. Le brevet allemand N O 1 218 927 décrit un procédé et un dispositif de ce genre pour la calcination de la chaux, de la dolomite et des matières analogues, dans lesquels l'air de combustion préchauffé dans le refroidisseur est amené dans une chambre de calcination o il est br lé. En aval de la chambre de calcination, le courant des gaz de combustion qui y ont été produits se divise en deux courants partiels qui, dans des sections de calcination horizontales, soumettent au traitement thermique souhaité les matières brutes introduites Des conduites de dérivation munies de vannes d'étranglement ou d'organes analogues se chargent de la répartition entre les courants partiels des gaz de combus- tion qui sortent de la chambre de calcination A l'extrémité de chaque section de calcination, sont montés des cyclones à partir desquels le produit calciné-fini arrive dans le refroidisseur Un circuit de recyclage est prévu pour une partie des gaz de combustion et des matières calcinées. Un but de l'invention est de simplifier de manière importante ce procédé et ce dispositif connus et, en consé- quence, d'en améliorer le rendement thermique En outre, un but de l'invention est de rendre possible, en particulier, l'utilisation de combustibles solides dont le pouvoir calori- fique est relativement faible Selon l'invention, ces buts sont atteints grâce au fait que, dans la zone de calcination, du combustible est introduit en plusieurs endroits qui se suivent dans le sens d'écoulement des gaz. Selon une forme de réalisation de l'invention, la matière première préchauffée traverse la zone de calci- nation en un courant parallèle, de préférence vertical Ce déplacement réalisé totalement en courant parallèle permet un traitement thermique particulièrement efficace et sûr des matières brutes de départ, de sorte que l'on peut éviter l'apparition de températures trop élevées, même lorsque l'introduction du combustible a lieu directement dans la zone de calcination Il est particulièrement avan- tageux que la plus grande partie du combustible soit intro- duite au début de la zone de calcination et que, dans la suite de cette dernière, ce soient seulement des quantités plus faibles de combustible que l'on introduit On est ainsi sur d'éviter les températures excessives. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la matière est introduite de manière oscillatoire, et, de préférence, à commande forcée, dans la zone de calcination et/ou dans le préchauffeur, et cette introduction oscilla- toire-a lieu à une fréquence comprise entre 0,5 et 5 Hz, et, de préférence, entre 1 et 3 Hz De manière surprenante, cette introduction oscillatoire dans la gamme de fréquences indi- quée permet d'améliorer la qualité du produit calciné, et, en particulier, elle permet d'obtenir un écoulement stable des matières et des gaz à travers le système, bien qu'il soit-à écoulement linéaire sans circuit fermé des gaz. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le combustible est introduit dans la zone de calcination selon deux plans au moins, et, de préférence, selon trois ou quatre plans De cette manière, dans la présente calcina- tion en courant parallèle, il est possible de commander l'apport d'énergie à la:one de calcination de telle manière qu'il ait lieu en fonction des besoins d'énergie dans les diverses parties de la zone de calcination, ce qui est particulièrement avantageux Avantageusement, la plus grande partie de l'énergie de calcination ( 50 à 70 %) est alors apportée au début de la zone de calcination à courant parallèle. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, une partie au moins des matières traverse plusieurs fois la zone de calcination Cette disposition permet d'agir sur la qualité du produit calciné. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, on réalise une postcombustion avec un combustible liquide ou gazeux lorsque l'on utilise des combustibles solides. Ceci permet, en particulier, de faciliter l'utilisation de combustibles relativement pauvres comme, par exemple, la lignite ou les schistes bitumineux ou d'autres analogues, puisque l'on obtient ainsi une combustion totale du combus- tible solide et une utilisation complète de son pouvoir calorifique. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les matières sont soumises à un traitement de stabilisation à température constante après qu'elles ont traversé la zone de calcination Il s'agit ici d'une post-stabilisation du ré- seau du Ca O Il est alors possible de choisir un temps de pas sage dans la zone de calcination proprement dite qui est rela. tivement court, sans que l'on tombe au-dessous du temps de séjour qui est nécessaire pour la formation d'un réseau de Ca O stable et régulier dans la gamme des températures de réaction Ceci permet également d'agir sur la qualité du produit calciné fini. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on peut utiliser un dispositif du genre comprenant un pré- chauffeur pour la matière brute qui est, de préférence, un échangeur de chaleur à cyclone, et un refroidisseur pour le produit calciné qui est, de préférence, un échangeur de chaleur à cyclone, entre lesquels est monté un dispositif de calcination Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que le dispositif de calcination est réalisé sous la forme d'une gaine montante munie d'au moins deux dispositifs pour l'introduction du combustible On réalise ainsi un dispositif de calcination avantageux qui est particulière- ment simple, qui peut être monté sur le-refroidisseur simplement, directement et sans déviations pour les gaz, et qui peut être introduit dans le préchauffeur de manière directe, là aussi, ou avec une boucle de circuit fermé On obtient ainsi un déplacement linéaire et à une seule voie des gaz à travers le système formé du refroidisseur, du dispositif de calcination et du préchauffeur, déplacement qu'il est facile de maîtriser. Dans une autre forme de -réalisation de l'invention, des dispositifs de commande qui assurent une introduction oscillatoire de la matière et qui fonctionnent de préférence mécaniquement sont montés sur les sorties des cyclones et, en particulier, sur le poste d'introduction de la matière dans la gaine montante verticale En outre, ces dispositifs de commande de la matière sont réalisés sous la forme de vannes à clapet oscillant munies d'un dispositif d'entraîne- ment dont l'amplitude et la fréquence peuvent être commandées. Cette introduction oscillatoire de la matière entraîne une amélioration surprenante et importante du processus de calci- nation Du fait que le dispositif de commande, qui est réalisé en préférence sous la forme de vannes à clapet oscillant,est réglable, il est possible de tenir compte des diverses compositions de la matière à traiter et des para- mètres analogues, et de régler la fréquence des oscillations à une valeur correspondant à ce qu'exige chaque cas parti- culier. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le début et la fin du trajet de calcination sont reliés entre eux par un circuit de recyclage de la matière qui dérive dans un embranchement du conduit des matières en allant vers le refroidisseur De cette façon, il est possible de fournir au refroidisseur un courant partiel bien défini et de faire passer à nouveau le reste de la matière en recyclage à travers la zone de calcination Là aussi, il en résulte une régularisation avantageuse du produit calciné. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, entre la fin de la zone de calcination et le refroidisseur, le dispositif comporte une chambre de post-traitement qui peut être, en particulier, une chambre à turbulence à chauffage indirect Cette disposition fournit une possibi- lité avantageuse de post-traitement du produit calciné afin de stabiliser le réseau du Ca O Le chauffage indirect de la chambre de calcination empêche qu'une réaction chimique supplémentaire avec les gaz de combustion ne puisse avoir lieu Il est ici particulièrement avantageux que le chauf- fage nécessaire soit réalisé, soit indirectement par des éléments échangeurs de chaleur, soit directement, par exemple par rayonnement infrarouge. Enfin, dans une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif comporte au moins deux disposi- tifs d'introduction du combustible solide et lin dispositif de post-combustion pour les combustibles liquides ou gazeux. Cette disposition offre la possibilité avantageuse de soumettre à une post-combustion les combustibles solides qui brûlent difficilement et d'assurer une combustion totale de ces combustibles solides, sans que l'on ne tombe au-dessous des points de fusion des cendres, lesquels sont souvent bas dans le cas des combustibles qui ne sont pas de haute qualité Ceci évite les agglomérations sur les parois et les phénomènes analogues, et augmente le rendement thermique de l'ensemble de l'installation. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique - Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels: = La figure 1 représente un dispositif de calcination à une seule zone de calcination La figure 2 représente un dispositif de calcination 251098 4 à deux zones de calcination disposées l'une derrière l'autre; La figure 3 représente un dispositif de calcina- tion à une-seule zone de calcination qui comprend un dispé- sitif de post-traitement isotherme. Sur la figure 1, le repère V désigne la zone du préchauffeur qui comprend des cyclones simples ou doubles I, II-, III et IV L'amenée du matériau est indiquée en traits interrompus par la flèche 6 Sur les sorties des cyclones se trouvent des vannes à clapet oscillant, des volets rotatifs ou des dispositifs analogues qui n'ont pas été représentés et qui assurent, selon l'invention, le mouvement oscillant du matériau Au-dessous du préchauffeur, dans la zone B, est monté un dispositif de calcination 1 qui est muni d'un cyclone séparateur V et qui, selon l'invention, est une simple gaine montante Dans cette gaine montante-i débouchent des dispo- sitifs d'introduction du combustible 2 ', 2 ", 2 "'et 2 "" dans lesquels sont introduites des quantités-dosées du combus- tible qui peut être par exemple du charbon à grains fins, du poussier de charbon ou un produit analogue La plus grande partie du combustible est introduite en 2 ', puisque c'est-à cet endroit que le besoin de chaleur est le plus élevé Du - fait que le besoin en combustible décroît ensuite, la quan- tité de combustible introduite ensuite diminue aux postes de combustion 2 ", 2 "'et 2 "" qui sont montés en aval. Au-dessous du dispositif de calcination 1 est monté le refroidisseur qui est ici un échangeur de chaleur à cyclo- nes à trois étages comprenant les étages à cyclones VI, VII et VIII. La matière calcinée se rassemble dans le cyclone de l'étage V et, par le conduit 4 représenté en-traits inter- rompus, elle est amenée directement au refroidisseur, ou encore elle est recyclée vers la gaine montante 1 par un branchement et par le conduit 5 représenté en traits inter- rompus La matière préchauffée part du cyclone de l'étage IV du préchauffeur et arrive à la partie inférieure de la gaine montante verticale 1 par le conduit 3 représenté en traits interrompus A cet endroit se trouve également, de façon avantageuse, une vanne à clapet oscillant ou un dispositif analogue Le balayage de l'ensemble du système par l'air de combustion est assuré par les soufflantes 8 et 9 qui sont de préférence réglables Le produit calciné fini est évacué du cyclone de l'étage VIII qui est le cyclone inférieur du refroidisseur au moyen d'un dispositif 7 qui est par exemple un convoyeur à vis sans fin. La figure 2 représente une variante avantageuse de l'invention Selon cette variante, le cyclone V qui est muni d'un poste de combustion 15 est compris dans le dispo- sitif de calcination qui se compose de deux gaines montantes 11 et 12 munies de postes d'introduction du combustible 13 ', 13 ", 14 ' et 14 " Cette disposition est utilisée en particulier lorsque l'on emploie un combustible relativement riche en cendres et/ou à grains grossiers qui est introduit dans les postes de combustion 13 ', 13 ", 14 ' et 14 " (environ 60 % à 90 % de la quantité totale de combustible) Le poste de combus- tion 15 opère ensuite une post-combustion et il est avanta- geusement alimenté en combustible gazeux ou liquide, de façon à obtenir ainsi une combustion totale des particules de combustible imbrûlées Ici aussi, la matière est introduite selon la flèche en traits interrompus 23, et elle traverse ensuite les étages des cyclones Pour évacuer la matière des cyclones des étages III et IV, on utilise des conduits 16 et 17 représentés en traits interrompus Pour évacuer le produit calciné, l'installation comporte des conduits 18 et 19 qui en amènent des fractions réglables au refroidisseur ou à l'extrémité inférieure de la gaine montante 11. Dans cette forme de réalisation, le-combustible le plus mauvais est introduit par les postes d'introduction 14 ' et 14 " puisqu'il lui est possible, si cela est nécessaire, de brûler complètement dans la gaine montante 11 L'air de combustion qui parcourt également le système de façon linéaîii sur toute sa longueur, est déplacé par les soufflantes 21 et 22 Le produit calciné fini est également extrait du cyclone VIII par le dispositif transporteur 20. La figure 3 représente une variante pour la fabri- cation d'un produit calciné à réseau de Ca O stabilisé. L'amenée de la matière et l'introduction du combustible aux postes de combustion 31 ', 31 ", 31 "'et 31 "" sont, dans cette variante, analogu% à celles de la figure 1 La matière est introduite au même endroit qui est indiqué par la flèche en traits interrompus 33, elle traverse ensuite les cyclones des étages I, II, III et IV et elle arrive alors par le conduit en traits interrompus 34 à l'extrémité inférieure de la gaine montante 30 Cependant, contrairement à la réa- lisation de la figure 1, le produit calciné fini est amené par un conduit 35 du cyclone V à une chambre de recuit 32 dans laquelle il séjourne pendant une durée prédéterminée. Pour compenser le rayonnement, de la chaleur est fournie à la chambre de recuit selon la flèche Q, par exemple par rayonnement infrarouge ou par apport de calories par un échangeur de chaleur La matière recuite arrive par un conduit 36 représenté en traits interrompus dans le refroi- disseur qui comporte également des étages à cyclones VI, VII et VIII Ici également, le produit calciné fini est extrait du-cyclone de l'étage VIII par un dispositif transporteur 37. L'air de combustion est déplacé par des soufflantes 38 et 39. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement adaptés à la calcination de la chaux dans des installations de dimensions relativement réduites Sans sortir du cadre de l'invention, il est également possible de munir des installations importantes de gaines montantes verticales à apport de chaleur réparti selon l'invention. REVENDICATIONS - 1 Procédé pour la calcination de la chaux, de la dolomite et des matières analogues, du genre dans lequel la matière brute introduite est tout d'abord préchauffée par les gaz sortant d'une zone de calcination dans un pré- chauffeur qui peut être, en particulier, un échangeur de chaleur à cyclones, puis traverse la zone de calcination et enfin, en aval de cette dernière, est refroidie par l'air de combustion dans un refroidisseur qui peut être, en particu- lier, un deuxième échangeur de chaleur à cyclones, tout l'air de combustion étant amené directement du refroidisseur à la zone de calcination et, de là, au préchauffeur, caractérisé en ce que, dans la zone de calcination, du combustible est introduit en plusieurs endroits qui se suivent dans le sens d'écoulement des gaz. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière première préchauffée traverse la zone de calcination en un courant parallèle, de préférence vertical. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que la matière est introduite de manière oscillatoire, et, de préférence, à commande forcée, dans la zone de calcination et/ou dans le préchauffeur. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'introduction oscillatoire a lieu à une fréquence comprise entre 0,5 et 5 Hertz, et, de préférence, entre l et 3 Hertz. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le combustible est introduit dans la zone de calcination selon deux plans au moins, et, de préférence, selon trois ou quatre plans. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une partie au moins des matières traverse plusieurs fois la zone de calcination. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on réalise une post- combustion avec un combustible liquide ou gazeux lorsque l'on utilise des combustibles solides. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les matières sont soumises à un traitement de stabilisation à température constante après qu'elles ont traversé la zone de calcination. 9 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, du genre comprenant un préchauffeur pour la matière-brute qui est, de préférence, un échangeur de chaleur à cyclones, et un refroidisseur pour le produit calciné qui est, de préférence, un échangeur de chaleur à cyclones, entre lesquels est monté un dispositif de calcination, caractérisé en ce que le - dispositif de calcination est réalisé sous la forme d'une gaine montante ( 1, 11, 12, 30) munie d'au moins deux dispositifs pour l'introduction du combustible ( 2 ', 2 ", 13 ', 13 ", 31 ', 31 "). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que des dispositifs de commande qui assurent une introduction oscillatoire de la matière et qui fonctionnent de préférence mécaniquement sont montés sur les sorties des cyclones et, en particulier, sur le poste d'introduction de la matière dans la gaine montante verticale ( 1, 11, 30). 11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les dispositifs de commande de la matière sont réalisés sous la forme de vannes à-clapet oscillant munies d'un dispositif d'entraînement dont l'amplitude et la fréquence peuvent être commandées. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 11, caractérisé en ce que le début et la fin du trajet de calcination (B) sont reliés entre eux par un conduit de recyclage de la matière ( 3, 5, 16, 18) qui dérive dans un embranchement du conduit des matières ( 4, 19) en allant vers le refroidisseur (K) 1 1 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 12, caractérisé en ce qu'entre la fin de la zone de calcination (B) et le refroidisseur (K), il comporte une chambre de post-traitement ( 32) qui peut être, en particulier, une chambre à turbulence à chauffage indirect. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux dispositifs d'introduction du combustible solide ( 13 ', 13 ", 14 ', 14 ") et un dispositif de postcombustion ( 15) pour les combustibles liquides ou gazeux.