Brevet FR2513622A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne la calcination des ma- tières minérales réduites en poudre avec utilisation d'un combustible solide. Pour réaliser cette opération, on brûle généralement le combustible dans un foyer séparé pour produire des gaz chauds dans lesquels les matières à traiter sont mises en suspension Si la température des gaz est trop élevée, ils risquent de provoquer un début de fusion des matières trai- tées qui forment alors des concrétions sur les parois du four et des gaines de sortie Pour éviter cela, on peut di- luer les gaz, par exemple par recyclage, mais on augmente alors le débit des gaz ce qui conduit à des investisse- ments plus importants Oi a également proposé d'utiliser un gazogène produisant des gaz combustibles qui sont brû- lés dans un four de calcination Cette combustion produit généralement des gaz à haute température avec risque de fu- sion des particules de matières, comme dans la solution classique Ces solutions présentent, par ailleurs, l'in- convénient de nécessiter deux appareils: une chambre de combustion ou un gazogène et un four de calcination. Une autre solution consiste à réduire le combustible en poudre et à le mélanger aux matières à traiter au sein d'un lit fluidisé, les produits calcinés et les cendres étant évacués soit par débordement du lit, soit pneumati- quement dans le cas d'un lit fluidisé dilué Cette solu- tion présente deux inconvénients, elle nécessite un broya- ge poussé du combustible qui est coûteux, notamment lors- qu'il s'agit de déchets ou de sous-produits industriels dif- ficiles à broyer, et elle ne permet pas de séparer les cen- dres du produit calciné ce qui peut nuire à la qualité du produit obtenu, notamment en cimenterie. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des solutions connues et de permettre l'uti- lisation, pour la calcination de matières minérales pulvé- rulentes, de combustibles solides très variés, y compris des combustibles très pauvres à haute teneur en cendres, avec une granulométrie relativement grossière ( O 10 mm) et ne nécessitant pas par conséquent, une préparation coû- _ 2 _ teuse. Le procédé de calcination objet de l'invention consis- te à gazéifier un combustible solide dans un lit fluidisé à haute température pour produire un courant ascendant de gaz combustibles et à disperser les matières solides à cal- ciner dans le courant de gaz combustibles, au-dessus du lit fluidisé, en les y injectant au moyen d'un courant d'air ou d'un autre gaz comburant, la vitesse des gaz dans la zone d'injection des matières étant suffisante pour que celles- ci soient entrainées par les gaz et ne tombent pas dans le lit fluidisé. La combustion en lit fluidisé effectuée à haute tempé- rature ( 1200 'C) provoque l'agglomération des cendres et la décantation des agglomérats formés qui se déposent au fond du lit d'o ils snnt extraits en continu. Dans une application particulière de ce procédé à la calcination des matières premières pour la fabrication du clinker de ciment, les matières solides calcinées sont sé- parées des fumées produites par la combustion des gaz com- bustibles et de l'air ou du gaz comburant et sont introdui- tes dans le four de clinkerisation et les fumées sont uti- lisées pour préchauffer les matières premières. L'appareil objet de l'invention permettant la mise en oeuvre de ce procédé comprend une chambre dont le fond est constitué par une grille, des moyens pour insuffler de l'air dans la chambre à travers la grille, un dispositif d'alimen- tation en combustible dans la partie inférieure de la cham- bre et des moyens pour introduire les matières solides à calciner dans la partie supérieure de la chambre et les dis- perser dans celle-ci. Le fond de la chambre est avantageusement constitué par une grille mobile inclinée ou comportant une portion avant inclinée de telle sorte que son extrémité avant soit située à un niveau supérieur à la surface libre du lit flui- dis 6 Cette disposition permet d'extraire facilement les agglomérats qui se forment dans le lit et qui décantent sur la grille sans entraîner une proportion notable de matières combustibles. -3- Pour injecter les matières solides dans le courant des gaz combustibles, au-desus du lit fluidisé, on peut utiliser une ou plusieurs rangées de buses régulièrement espacées sur tout le périmètre de la chambre ou seulement sur certains côtés. Pour éviter que les matières solides à calciner tom- bent dans la partie inférieure de la chambre, celle-ci peut être séparée de la partie supérieure par une zone à section rétrécie. La description qui suit se réfère au dessin qui l'ac- compagne et montre, à titre d'exemple non limitatif, un mo- de de réalisation de l'invention L'unique figure de ce des- sin est le schéma d'une installation pour la fabrication du clinker de ciment comportant un appareil de calcination réalisé conformément à l'invention. Cette installation est constituée essentiellement par un échangeur à cyclones 10, un four de calcination 12 au- quel est associé un cyclone 14, un four de clinkerisation 16 et un refroidisseur de clinker 18. L'échangeur 10 comporte quatre étages; l'étage supé- rieur est formé de deux cyclones 1-ibis en parallèle et les autres étages comprennent un seul cyclone 2, 3 et 4. L'entrée du cyclone inférieur 4 est reliée par une condui- te 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 cyclones 4, 3, 2 et 1-Ibis et sont finalement rejetées à l'atmosphè- re, 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 cyclones 1-ibis, 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-ibis, 2, 3 et 4 en étant mises en sus- 4 - pension 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 précaldination 12. Le four de calcination 12 comporte une chambre dont le fond est constitué par le brin supérieur d'une grille sans fin 48 qui est mobile dans le sens de la flèche et qui est inclinée de sorte que son extrémité avant se trou- ve à un niveau supérieur à son extrémité arrière La par- tie inférieure 50 de cette chambre est séparée de sa par- tie supérieure 52 par une zone à section rétrécie 54 Une rangée de buses 56 est montée dans la paroi du four 12, dans sa partie supérieure, à peu de distance au-dessus de la zone 54 Ces buses sont régulièrement espacées sur le périmètre de la chambre ou seulement sur ses parois longi- tudinales si la chambre a une section rectangulaire Elles sont raccordées à la conduite 38 amenant l'air chaud du refroidisseur de clinker 18. La structure de la partie inférieure du four 12 est analogue à celle d'un foyer Ignifluid Des caissons de soufflage 58 alimentés en air sous pression éventuellement mélangé à des fumées recyclées sont placés sous le brin su- périeur de la grille 48 Un dispositif d'alimentation en combustible 60 est prévu dans la partie inférieure du four. En fonctionnement, le débit du combustible et/ou le débit d'air alimentant les caissons 58 sont réglés automatique- ment de façon à maintenir la surface supérieure du lit de combustible fluidisé à un niveau inférieur à celui de l'ex- trémité avant de la grille 48. Dans le lit de combustible fluidisé la température est suffisante pour permettre l'agglomération des cendres, les agglomérats formés se déposantsur la grille 48 et étant extraits du lit à travers sa surface libre. Le débit d'air alimentant les caissons 58 est insuf- fisant pour assurer la combustion complète des matières combustibles, de sorte que les gaz s'échappant du lit flui- disé sont réducteurs Au niveau des buses 56 ces gaz se -5- mélangent à l'air injecté par celles-ci et contenant en suspension les matières à calciner provenant du cyclone 4 de l'échangeur 10 Ce mélange est très homogène grâce à la distribution uniforme de l'air dans toute la section de la chambre de calcination, et les matières qui sont disper- sées dans ces gaz sont de ce fait rapidement calcinées, grâce à la chaleur produite par la combustion du dit mélan- ge, sans risque de fusion ou de ramollissement La vitesse des gaz au niveau de l'injection des matières est suffisam- ment élevée pour que celles-ci soient entraînées et ne tom- bent pas dans le lit fluidisé Le rétrécissement de la cham- bre dans la zone 54 contribue à ce résultat. Les fumées produites par la combustion et les matiè- res au moins partiellement décarbonatées sortent du four 12, par son extrémité supérieure, et entrent dans le cy- clone 14 o les matières sont séparées des fumées pour être introduites dans le four de clinkerisation 16 Les fumées du four 12 sont mélangées aux fumées du four 16 à la sortie du cyclone 4. Un rétrécissement de section 46 est prévu sur la con- duite 22, en aval du cyclone 4, pour égaliser les pertes de charge sur les deux circuits: four 16, conduite 20 et cyclone 4, d'une part, et conduite 38, four 12 et cyclone 14, d'autre part, et obtenir la répartition voulue entre les fours 12 et 16 des débits d'air en provenance du re- froidisseur de clinker 18. Il est bien entendu que toutes les modifications qui peuvent être apportées à l'installation décrite par la substitution de moyens équivalents entrent dans le cadre de l'invention. 6- R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de calcination de matières solides pulvérulen- tes consistant à gazéifier un combustible solide dans un lit fluidisé à haute température pour produire un cou- rant ascendant de gaz combustibles, à disperser les ma- tières solides à calciner dans le courant de gaz combus- tibles, au-dessus du lit fluidisé, en les y injectant au moyen d'un courant d'air ou d'un autre gaz comburant, la vitesse des gaz dans la zone d'injection des matières étant suffisante pour que celles-ci soient entraînées par les gaz et ne tombent pas dans le lit fluidisé. 2 Procédé de calcination selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la combustion en lit fluidisé à haute température, de l'ordre de 12001 C, provoque l'agglomé- ration des cendres et la décantation des agglomérats for- més qui se déposent au fond du lit d'o ils sont extraits en continu. 3 Application à la fabrication du clinker de ciment du pro- cédé de calcination selon la revendication 1 ou 2, les matières solides calcinées étant séparées des fumées pro- duites par la combustion des gaz combustibleset de l'air ou du gaz comburant et étant introduites dans le four de clinkerisation, et les fumées étant utilisées pour pré- chauffer les matières premières. 4 Appareil pour la calcination de matières solides pulvéru- lentes comportant une chambre dont le fond est constitué par une grille ( 48), un dispositif d'alimentation en com- bustible solide ( 60), des moyens ( 58) pour insuffler de l'air dans la chambre à travers ladite grille pour for- mer sur la grille un lit fluidisé de combustible et pour assurer la combustion de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comporte dans la partie supérieure ( 52) de ladite chambre des moyens ( 56) pour y injecter les matières solides à calciner en suspension dans un courant de gaz. 5 Appareil de calcination selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la partie supérieure ( 52) de ladite chambre est séparée de sa partie inférieure ( 50) par une zone à section rétrécie ( 54). -7- 6 Appareil de calcination selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la grille ( 48) constituant le fond de la chambre est inclinée ou comporte une portion avant inclinée et est mobile, et des moyens de réglage du dé- bit d'air insufflé sous la grille et/ou du déhit de com- bustible sont prévus pour maintenir la surface libre du lit fluidisé au-dessous du niveau de l'extrémité avant de la grille. 7 Appareil de calcination selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens pour injecter les matières solides dans la partie supérieure de la chambre sont constitués par des buses ( 56) régulièrement espa- cées sur le périmètre de la chambre ou seulement sur certains de ses côtes.