Brevet FR2518725A1 — publié le 19830624

La présente invention concerne une installa- tion de cuisson du ciment comprenant un échangeur de chaleur à suspension gazeuse avec calcinateur, un four rotatif tubu- laire et un réfrigérant relié à ce dernier par un puits, ainsi qu'une conduite d'air tertiaire qui contourne le four rotatif tubulaire. Il est nécessaire de définir ici les termes "d'air primaire", "air secondaire" et "air tertiaire", en par- ticulier parce qu'ils ne sont pas toujours employés dans le 1 o même sens dans la littérature Dans le cas d'une installation de cuisson du genre sur lequel est fondée la présente inven- tion, on entend par "air primaire" l'air de pulvérisation ser- vant à préparer le mélange air-combustible, et qui est amené à un br O eur, le plus souvent le brûleur principal du four ro- tatif tubulaire. On entend par "air secondaire" l'air de com- bustion attribué au foyer du four rotatif tubulaire et dont le cône de flammes a besoin pour là combustion complète du combustible. Par "air tertiaire", on entend l'air de com- bustion qui est nécessaire, dans la zone de calcination, pour la combustion principalement sans flamme lors du processus de neutralisation. Par conséquent, l'air primaire est aspiré par un compresseur, qui le prélève à l'extérieur ou dans un réchauffeur, le comprime ou l'envoie, en tant qu'air de pré- paration, au brûleur du four', tandis que l'air secondaire est habituellement conduit du réfrigérant au four, qui en a be- soin pour le foyer. L'air tertiaire est amené à la-zone de cal- cination ou au calcinateur par la conduite d'air tertiaire branchée au réfrigérant, et qui contourne le four Parvenu à destination, cet air est mélangé au combustible et, en sus- pension avec la poudre de roche qui doit être décarbonatée, et qui est chauffée à environ 700 à 800 'C, il fournit l'éner- -gie thermique nécessaire au processus de décarbonatation, qui est endothermique. Par le document DE-OS 2 360 580, on connaît déjà une installation de cỉsson du ciment du genre indiqué plus haut Dans ledit document, la conduite d'air tertiaire, selon la définition ci-dessus, est appelée "conduite d'air se- condaire" 82 A la page 5, deuxième paragraphe, il est indiqué que, pour des raisons d'ordre économique, la vitesse de l'air dans la conduite d'air secondaire est supérieure à la vitesse des gaz dans le four rotatif tubulaire Dans cette installation déjà connue, un collecteur de poussière 81 est en outre monté dans la conduite d'air secondaire 82 C'est pourquoi celle-ci offre une résistance beaucoup plus élevée que le système de circulation de l'air secondaire et des gaz de combustion, dans le four C'est pourquoi le système de passage des gaz du four est équipé d'une ouverture rétrécie 83 pour obtenir un équili- brage des résistances dans les deux systèmes de passage Mais, au lieu de l'ouverture rétrécie 83, on peut monter une souf- flante dans la conduite d'air secondaire 82,; elle-établit l'équilibre des résistances. Toutefois, cette dernière solution n'est pas bonne ainsi que le texte l'indique expressément car la durée de vie du matériel est trop courte du fait qu'il s'agit de déplacer de l'air à-haute température, mêlé à de la poudre de clinker. Le document DE-OS 2 325 468 traite d'une autre installation connue du même genre, dans laquelle il y a aussi un dispositif de rétrécissement dans le conduit des gaz de fumée, entre l'entrée du four rotatif tubulaire et le cy- clone le plus bas de l'échangeur de chaleur à suspension ga- zeuse Il s'agit d'un clapet d'étranglement pivotant. Les systèmes connus, dans lesquels un point d'étranglement ou un élément d'étranglement placés près de l'entrée du four servent à compenser le tirage ou les résis- tances des systèmes de passage constitués par le cylindre ro- tatif et la conduite d'air tertiaire, ont une série d'incon- vénients La température y étant très élevée, en particulier pour les fours rotatifs tubulaires courts, par exemple de 1 000 à 1 2000 C, il est difficile de monter des éléments d'étranglement mobiles, et leur durée de vie laisse souvent fortement à désirer. En outre, des successions de tourbillons apparaissent au point de rétrécissement et provoquent une circulation nocive de poussière dans des circuits fermés, ce qui rend nettement plus mauvais le rendement du four et la consommation de chaleur. En même temps, sous l'effet de l'écoulement perturbé, à une température appropriée et pour un produit ayant tendance à se ramollir, il se forme des dépôts qui peu- vent devenir si importants qu' ils obligent à arrêter l'ins- tallation. Le but de l'invention est d'obtenir un équi- libre d'écoulement entre l'air secondaire et l'air tertiaire sans que la marche du four subisse une influence défavorable- du fait de la formation de zones d'écoulement perturbées près de l'entrée du four, et en évitant en particulier de-monter des éléments d'étranglement dans cette zone L'invention vise aussi à obtenir une commande sensible et très précise des-sys- tèmes d'écoulement. Ce but est atteint de la manière suivante dans une installation de cuisson du ciment appartenant à la catégorie indiquée au début de ce texte, et qui comprend un échangeur de chaleur à suspension gazeuse avec calcinateur, un four rotatif tubulaire, un réfrigérant relié à ce dernier par un puits et une conduite d'air tertiaire qui contourne le four, on place dans le puits un dispositif servant à aug- menter la résistance à l'écoulement des gaz. Ce dispositif peut être aussi bien un élé- ment d'étranglement ne pouvant pas être modifié, comme un rétrécissement, qu'un élément réglable d'étranglement, comme un clapet ou une vanne. Avec la mise en place du dispositif d'aug- mentation de la résistance conforme à l'invention, ce dispo- sitif se trouve à un endroit o la température est beaucoup plus basse, ce qui, toutes choses étant égales par ailleurs, augmente fortement la durée de vie. On obtient un autre avantage du fait que, dans la zone comprise entre l'entrée du four et l'échangeur de chaleur à suspension gazeuse, on évite de monter de l'équipe- ment générateur de turbulences, ce qui évite'la tendance à la formation de circuits fermés de poussière et de dépôts nuisi- bles. En outre, si l'on emploie un élément d'étranglement réglable, on obtient une commande extrêmement précise et régulière du débit d'air de combustion par l'équi- librage de l'air secondaire et de l'air tertiaire, ce qui évi- te les dépassements de température et les irrégularités dans la cuisson du clinker. Finalement, en créant de meilleures condi- tions d'écoulement dans la chambre d'entrée, on obtient un abaissement des températures, ce qui évite l'agglomération du produit et son adhérence par cuisson sur les parois. L'un des modes de réalisation du dispositif de l'invention prévoit que le puits se divise en deux conduits séparés dont l'un relie le réfrigérant au cylindre rotatif, l'autre le réfrigérant à la conduite d'air tertiaire, et que le dispositif d'augmentation de la résistance à l'écoulement de l'airsoit placé dans le conduit reliant le réfrigérant au cylindre rotatif. Cette solution présente l'avantagé que le conduit reliant le réfrigérant au cylindre rotatif peut être de section relativement faible, de sorteque le rétrécissement en tant que tel ou un élément d'étranglement monté à cet en- droit, sans entrer en cofitact avec le clinker brûlant qui tombe, donne une résistance à l'écoulement qui est suffisante pour produire l'effet d'étranglement voulu. Il est prévu que l'élément d'étranglement soit une plaque coulissante réglable à servomoteur. Un élément d'étranglement supplémentaire peut être placé dans le conduit reliant le réfrigérant à la conduite d'air tertiaire. Pour réduire la quantité de poussière qui par- vient dans le réfrigérant, avant l'entrée dans la conduite d'air tertiaire, il est prévu, selon une autre proposition, que le conduit reliant le réfrigérant à la conduite d'air ter- tiaire soit réalisé sous forme de dépoussiéreur et de préféren- ce équipé d'un noyau guidant le passage et produisant de force un écoulement turbulent autour de l'orifice de la conduite d'air tertiaire. Finalement, avec un autre mode de réalisation, l O il est proposé qu'une paroi du conduit reliant le cylindre ro- tatif au réfrigérant soit reculée, dans le sens du mouvement du côté inférieur du cylindre rotatif, jusqu'à un plan vertical passant par l'axe de ce dernier, constituant ainsi une zone de section réduite pour augmenter la résistance à l'écoulement. Il est judicieux de placer la plaque coulissante dans cette zone de section réduite. Cela a pour avantage que, d'une part, l'effet de la réduction de section est considérablement appuyé par l'élément d'étranglement et, d'autre part, qu'on obtient une réalisation des parois du conduit qui est telle que le clinker brûlant qui tombe ne peut toucher, ni a fortiori endommager, ni les parois ni l'élément d'étranglement. L'invention est expliquée plus en détail dans ce qui suit, à l'aide d'un exemple de réalisation que représen- te le dessin On a Figure l Coupe, le long d'une ligne vertica- le ayant la direction de l'axe du four rotatif tubulaire, d'une partie de la sortie du four et de l'entrée du réfrigérant, avec le puits de liaison et un élément d'étranglement qui s'y trouve et qui est conforme à l'invention. Figure 2 Coupe, dans un plan perpendiculai- re au plan de coupe de la figure 1, le long de sa ligne II-II. La figure i montre l'extrémité i du four ro- tatif tubulaire 2 qui évacue le clinker; elle dépasse dans le puits de liaison 3 reliant le four 2 à la zone d'entrée 4 du réfrigérant 5 En face de l'extrémité d'évacuation i du four 2, il y a le tube protecteur 6 du brûleur 7, tube qui traverse * 25 18725 la paroi 8 du conduit de liaison 3 Le brûleur 7 est alimenté en air primaire par une soufflante (non représentée) et en combustible par un dispositif non représenté Le rôle du brû- leur est de faire des deux composants un mélange pouvant brû- ler et de l'injecter dans la zone de chauffe du four 2 L'air secondaire nécessaire à la formation et à la combustion com- plète de la flamme est prélevé par le four 2 dans l'air très chaud rejeté par le réfrigérant 5, ainsi que le montre la ligne 9 en trait mixte terminée par une flèche Dans le puits 3, il y a une plaque coulissante 10 servant d'élément d'étranglement, équipée du moteur de commande Il La plaque coulissante 10 est disposée dans la paroi 8 du puits 3 située en face de l'extrémité 1 du four 2 o est évacué le produit Elle passe par une fente Pour empêcher que du clinker 12 tombe sur la plaque coulissante 10, celle-ci est inclinée De cette maniè- re, on est assuré que le clinker 12 qui tombe passe à côté de la plaque 10 sans la toucher et sans l'endommager. Ainsi que le montre en particulier la figure 2, le puits 3, venant du bas, se divise en deux conduits 3 ' et 3 " Le conduit 3 'relie le réfrigérant 5 au cylindre ro- tatif 2 L'élément d'étranglement, une plaque coulissante 10, est disposé dans le conduit 3 ' Ainsi que le montre encore la figure 2, une paroi 23 du conduit 3 ' est décalée dans le sens du mouvement 25 de la partie inférieuredu four, jusqu'à un plan vertical E-E passant par l'axe de rotation "R" du cylin- dre rotatif 2, formant une zone 24 de section réduite Dans cette zone, qui produit déjà, à elle seule, une nette augmen- tation de la résistance à l'écoulement de l'air rejeté par le réfrigérant, il y a la plaque coulissante 10 On obtient ainsi, avec ce mode de réalisation essentiel pour cette invention, d'une part, que la plaque coulissante produise une augmenta- tion supplémentaire, et surtout réglable, de la résistance à l'écoulement du gaz dans la zone 24 de section réduite, tan- dis que, d'autre part, compte tenu des caractéristiques d'éva- cuation du cylindre rotatif 2, le clinker ne touche pas la paroi 23. 18725 Le rétrécissement dans la zone 24 du conduit a un autre effet avantageux: à cet endroit, la vitesse de l'air secondaire-est -plus élevée, ce qui fait subir un certain refroidissement pr 6 li- minaire au flot de clinker 12 qui tombe. Les figures 1 et 2 montrent clairement l'effet du dispositif conforme à l'invention,-la plaque coulissante commandée par le moteur Il et disposée dans le puits situé entre le réfrigérant 5 et le four 2. En faisant plus ou moins pénétrer la plaque coulissante 10 à l'intérieur, ce qu'indique la double flèche 13, on réduit plus ou moins la section-du conduit 3 ', ce qui donne l'effet d'étranglement voulu, et il est réglable Du fait de l'augmentation de la résistance à cet endroit, il y a une plus grande différence de pression sur la longueur de la conduite 14 d'air tertiaire On-obtient ainsi l'équilibrage prévu entre les systèmes d'écoulement du four 2 et de la con- duite 14 d'air tertiaire, et ce en évitant les inconvénients qui existent dans l'état actuel de la technique En particu- lier, l'écoulement n'est pas pertubé entre le four et l'échan- geur de chaleur à suspension gazeuse Ainsi, la poudre de ro- che peut pénétrer à grande vitesse à cet endroit sans que cela provoque la formation de dépôts agglomérés par cuisson En même temps, cela abaisse un peu les températures à cet endroit aussi, ce qui est un avantage en particulier dans le cas dés fours rotatifs tubulaires courts. En outre, là o se trouve l'élément d'étran- glement, qui est la plaque coulissante 10, la température est au maximum d'environ 650 à 850 'C et donc inférieure de plu- sieurs centaines de degrés à ce que supportent les éléments d'étranglement dans l'état-actuel de la technique C'est un avantage considérable pour la durée de vie et la disponibilité de cet élément. La figure 2 représente une coupe du puits 3 le long de la ligne II-II de la figure 1, dans un plan perpen- diculaire à l'axe du four rotatif tubulaire 2 Elle montre la division du puits 3 en deux conduits séparés 3 ' et 3 " Le con- duit 3 ' assure la liaison entre le réfrigérant 5 et le four 2, le conduit 3 " l'assure entre le réfrigérant 5 et la conduite 14 d'air tertiaire Pour le reste, les mêmes éléments sont pourvus des mêmes chiffres-repères. La figure 2 montre la division de l'écoule- ment d'air produite par la division en deux conduits 3 ' et 3 ": il y a d'une part l'air secondaire (flèche 9) et, d'autre part, l'air tertiaire (flèche 9 ') A la partie supérieure 15 du con- duit 3 ", il y a un noyau 16 de guidage de l'écoulement Il oblige le courant 9 ' d'air tertiaire à se transformer en écoulement tourbillonnaire 9 " autour de l'orifice 17 Ainsi, la partie supérieure 15 du conduit 3 " est réaliséesous forme de dépoussiéreur En raison de la réduction croissante de la sec- tion offerte à l'écoulement, l'écoulement 9 ' y est accéléré entre le noyau de guidage 16 et la paroi 18, et il est intro- duit à une vitesse relativement élevée dans la zone circulai- re de déviation 19 Là, sous l'effet des forces centrifuges, des particules de poussière 20 sont séparées du gaz et proje- tées contre la paroi 19, o elles sont ramenées collectivement, sous forme de courant de poussière 21, entre le noyau'1 16 et la paroi 22 du conduit 3 ", dans la zone d'entrée 4 du réfri- gé'rant 5. es g 725 REVENDICATIONS 1 Installation de cuisson du ciment comprenant un échangeur de chaleur à suspension gazeuse avec calcinateur, un four rotatif tubulaire et un réfrigérant relié à ce dernier par un puits ainsi qu'une conduite d'air tertiaire contournant le four, caractérisée en ce que le puits ( 3) possède un dis- positif ( 10) augmentant la résistance à l'écoulement des gaz. 2 Installation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le puits ( 3) se divise en deux conduits ( 3 ', 3 ") séparés, l'un ( 3 ') reliant le réfrigérant ( 5) au cylindre tournant ( 2) , l'autre le réfrigérant ( 5) à la conduite d'air tertiaire ( 14). 3 Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif ( 10) d'augmenta- tion de la résistance à l'écoulement des gaz est constitué grâce à un mode de réalisation d'au moins une paroi du puits ( 3) qui rétrécit ce dernier entre le réfrigérant ( 5) et le cylindre tournant ( 2). 4 Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif ( 10) d'augmenta- tion de la résistance à l'écoulement est une plaque coulissan- te réglable et pourvue d'une commande à moteur ( 11). Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un élément d'étranglement est disposé dans le conduit ( 3 ") situé entre le réfrigérant ( 5) et la conduite d'air tertiaire ( 14). 6 Installation selon la revendication 2, carac- térisée en ce que le conduit ( 3 ") reliant le réfrigérant ( 5) et la conduite d'air tertiaire ( 14) est pourvu d'un noyau ( 16) de guidage de l'écoulement et constitue un dépoussiéreur. 7 Installation selon la revendication 3, carac- térisée en ce qu'une paroi ( 23) du conduit ( 3 ') qui relie le cylindre rotatif ( 2) et le réfrigérant ( 5) est décalée dans le sens du mouvement du côté inférieur du cylindre rotatif ( 2), pour se mettre dans un plan vertical passant par l'axe,verti- cal du cylindre rotatif ( 2), formant ainsi un passage rétréci ( 24). 8 Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un élément d'étranglement ( 10) est dis- posé dans le passage rétréci ( 24).