Brevet FR2514341A1 — publié le 19830415

L'invention concerne un procédé pour calciner et frit- ter un matériau en morceaux, tel que pierre à chaux, dolomi- te ou matériau analogue, dans un four à cuve, dans lequel le matériau traverse successivement une zone de préchauffage, une zone de combustion comportant une partie inférieure et une partie supérieure,et une zone de refroidissement, et dans lequel, à l'extrémité supérieure de la zone de refroidisse- ment, de l'air de refroidissement, circulant à contre-cou- rant de bas en haut, est aspiré en même temps que des gaz de combustion circulant vers le bas en courant de même sens dans la zone de combustion, et après avoir été mélangé à du combustible et de l'air dans la partie inférieure de la zone de combustion,est introduit dans la colonne de maté- riau dans laquelle il circule partie vers le haut, partie vers le bas, et est ramené à nouveau à l'aspiration à l'ex- trémité supérieure de la zone de refroidissement, le combus- tible étant amené séparément aux gaz de combustion traver- sant vers le haut la partie supérieure de la zone de combus- tion, et aux gaz de combustion traversant la partie infé rieure de cette zone, partie vers le haut, partie vers le bas, et étant réglé de telle sorte que le processus peut être conduit, dans la partie supérieure de la zone de com- bustion et dans la partie inférieure, avec un excès ou in- suffisance d'air variable et, de ce fait, avec une tempéra- ture variable; l'invention concerne également un four à cuve annulaire pour calciner et fritter un matériau en morceaux, tel que pierre à chaux, dolomite ou matériau analogue, com- portant: une zone de préchauffage, une zone de combustion, dans laquelle sont prévues, d'une part dans sa partie supé- rieure, et d'autre part dans sa partie inférieure, des cham- bres de combustion comportant des br:ileurs disposés, dans deux plans différents, dans la paroi du four et alimentés en combustible et en air de combustion, une zone de refroi- dissement se raccordant à la zone de combustion, comportant une arrivée d'air de refroidissement inférieure et une gar- niture intérieure de cuve, fermée en haut, délimitant une cuve annulaire entre sa paroi périphérique extérieure et la paroi intérieure du four, et dont l'extrémité inférieure se trouve dans la zone de refroidissement et l'extrémité supé- rieure au-dessus du plan supérieur de brûleurs, de l'air de refroidissement pénétrant à l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement, dans le volume intérieur de la gar- niture intérieure par des orifices de gaz de circulation en même temps que les gaz de combustion traversant vers le bas en un courant de même sens la partie inférieure de la zone de combustion, et pouvant être amené, à partir de ce volume intérieur, aux chambres de combustion du plan de brûleurs inférieur, en étant mélangé à du combustible et à de l'air, notamment pour mettre en oeuvre ce procédé. On connait d'après le DE-PS 12 81 111 un procédé ainsi qu'un four à cuve annulaire du type décrit ci-dessus dans lesquels on travaille dans la partie inférieure de la région inférieure des zones de combustion avec une circulation de gaz, et le combustible est amené séparément aux gaz de combus- tion traversant vers le haut la partie supérieure de la zone de combustion et aux gaz de combustion parcourant la partie inférieure de cette zone, partie vers le haut, partie vers le bas, et il est réglé de telle sorte qu'on conduit le pro- cessus, dans la partie supérieure des zones de combustion, dans le sens d'une désacidification intensive du matériau, avec un faible excès d'air et une température élevée et, dans la partie inférieure des zones de combustion, dans le sens d'une désacidification résiduelle avec un important excès d'air et à basse température. On a constaté qu'avec un tel procédé et un four à cuve annulaire ainsi réalisé, on ne peut pas produire de matériau très pauvre en soufre, notamment de chaux très pauvre en soufre, tel que l'exige l'industrie de l'acier Le but de l'invention, pour cette raison, est de développer le procédé auvoir et le four à cuve annulaire du type précité de façon à 1 bte- nir un matériau calciné extrêmement pauvre en soufre. Ce but est atteint conformément à l'invention avec un procédé du type précité par le fait qu'une partie de l'air de refroidissement traversant la zone de refroidissement à contre-courant est évacuée du four à cuve avant l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement et est introduite dans la colonne de matériau, dans la partie supérieure de la zone de combustion, en étant mélangé à de Plair et à du com- bustible. Une forme de réalisation préférée de l'invention prévoit que le rapport des quantités d'air de refroidissement évacué, d'une part à l'intérieur de la zone de refroidissement, et d'autre part à l'extrémité supérieure de la zone de refroi- dissement peut être réglé, pour régler la teneur en CO dans la partie supérieure de la zone de combustion On peut pré- voir, en outre, que l'air d'alimentation amené à la partie inférieure et/ou supérieure de la zone de combustion est constitué au moins partiellement de gaz brûlés du four. L'invention prévoit en outre, éventuellement, qu'on peut régler la fraction d'air frais et de gaz brûlés de l'air d'a- limentation pour régler la teneur en CO dans la partie infé- rieure de la zone de combustion. Le but de la présente invention est atteint, par ail- leurs avec un four à cuve annulaire du type précité, par le fait que la portion inférieure de la garniture intérieure du four est isolée à son extrémité inférieure de l'espace inté- rieur du four; qu'il est prévu en dessous des orifices de gaz de circulation, à l'intérieur de la zone de refroidisse- ment, une ouverture d'air de refroidissement reliant la cuve intérieure annulaire à l'espace intérieur de la garniture/en dessous d'une cloison transversale, pour aspirer l'air de refroidis- sement au prorata et que l'air de refroidissement aspiré dans l'espace intérieur de la garniture intérieure peut être amené, par l'intermédiaire d'un ventilateur, et éventuelle- ment d'une canalisation annulaire, aux chambres de combustions du plan supérieur de brûleurs. Une forme de réalisation préférée du four à cuve annulai- re selon l'invention est caractérisée par des injecteurs pour aspirer les gaz traversant vers le haut la portion supérieure de la garniture intérieure de four et constitués d'air de refroidissement résiduel et de gaz de combustion du plan de brûleurs inférieur, brûlés en proportions inférieures aux pro- portions stoechiométriques à l'intérieur de la partie infé- rieure de la zone de combustion présentant une atmosphère réductrice, et pour les introduire dans les chambres de com- bustion du plan inférieur de brûleurs, un mélange constitué par des gaz brûlés du four, pouvant être retirés à l'extré- mité supérieure du four à cuve,et par de l'air frais, de com- position réglable, préchauffé et comprimé pouvant être ame- né à ces injecteurs en tant qu'agent propulsif. L'invention propose, en outre, un four à cuve annulaire caractérisé par un récupérateur pour préchauffer le mélange constitué par les gaz brûlés du four et l'air frais avant qu'il soit introduit dans les injecteurs du groupe inférieur- de chambres de combustion On peut prévoir, dans ce cas, d'intercaler une canalisation annulaire entre le récupéra- teur et les injecteurs. Le four à cuve annulaire de l'invention peut, en outre, se caractériser par le fait que le récupérateur est traversé par une partie des gaz brûlés du four. Dans un autre développement du four à cuve annulaire de l'invention, on peut également prévoir de régler le rapport entre l'air de refroidissement aspiré, d'une part, par les orifices d'air de refroidissement et, d'autre part, par l'ou- verture d'air de circulation. Alors qu'avec le four à cuve annulaire du type précité le combustible est brûlé avec un excès d'air dans la partie inférieure de la zone de combustion, donc dans la zone du plan inférieur de chambres de combustion, mais que, par con- tre, il est brûlé dans des proportions inférieures aux pro- portions stoechiométriques dans le plan supérieur de chambres de combustion, on procède, conformément à l'invention, de façon inverse. L'invention est basée sur la constatation qu'il est possible d'extraire une quantité élevée de soufre, pendant la calcination, de pierre à chaux contenant du soufre, lors- qu'il y a une atmosphère réductrice dans la partie inférieure, par exemple d'un four à cuve Le procédé connu est donc in- versé dans l'invention, par le fait qu'on fait fonctionner les chambres de combustion inférieures de façon stoechiométri- que, avec l'excès d'air en résultant dans-la zone des cham- bres de combustion supérieures Avec le fonctionnement ré- ducteur des chambres de combustion inférieures, on provoque une atmosphère réductrice qui s'étend, à l'intérieur de la cuve annulaire, pour autant qu'on utilise un four à cuve annulaire, de l'entrée des gaz de circulation dans la garni- ture de four jusqu'au plan des chambres de combustion supé- rieures Une telle atmosphère réductrice ne contenant pas d'oxygène, avec les avantages obtenus de la façon décrite, n'a pas pu être obtenue avec les procédés et les fours à cuve connus jusqu'à maintenant. L'invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seule- ment, d'une forme de réalisation, représentée sur la figure unique, d'un four à cuve circulaire selon l'invention, en coupe longitudinale selon l'axe longitudinal du four. Comme le montre le dessin, le four à cuve circulaire comporte, de haut en bas: une zone de préchauffage 10 dans laquelle on introduit le matériau à calciner par un disposi- tif d'alimentation 12, une zone de combustion constituée par une partie supérieure 14 et une partie inférieure 16, ainsi qu'une zone de refroidissement 18 Une garniture inté- rieure de cuve 20 est soutenue à l'intérieur du four à cuve circulaire de la façon décrite, dans son principe, dans le DE-PS 12 81 111 connu Entre la paroi périphérique 22 de la garniture intérieure de cuve 20 et la paroi intérieure 24 de l'enveloppe extérieure du four est formée une cuve annu- laire 26 dans laquelle le matériau à calciner traverse le four de haut en bas La garniture intérieure 20 est fermée à son extrémité inférieure par une paroi de fond 28 et en haut par un couvercle 30, de forme conique par exemple En outre, la garniture 20 est divisée par une cloison transversale 32 en une portion inférieure 34 et une portion supérieure 36. La cuve annulaire 26 est reliée à la portion inférieure 34 de la garniture 20 par des orifices d'air de refroidissement 38, tandis que la liaison entre la cuve annulaire 26 et la por- tion supérieure 36 de la garniture 20 est assurée par des orifices 40 d'air de circulation situés plus haut. De la portion inférieure 34 de la garniture 20 part une canalisation d'air de refroidissement 42 qui va, par l'in- termédiaire d'un ventilateur 44, à une canalisation annulai- re 46 par laquelle peuvent être alimentés en air les brû- leurs des chambres de combustion supérieures 48 d'un plan supérieur de chambre de combustion, de préférence alimentés en gaz ou en fuel, le combustible précité étant amené aux chambres de combustion par des dispositifs de combustion 50. Le combustible est amené aux chambres de combustion 52 par des dispositifs de combustion 54 Des injecteurs 56 assurent la circulation des gaz entrant dans les orifices de gaz de circulation Des conduits 60, sortant de la portion supérieu- re 36 de la garniture 20, débouchent dans les injecteurs 56. Un récupérateur 64 est traversé par une canalisation 66 dé- bouchant dans une canalisation annulaire 62 et alimentée par un compresseur 68 relié à une amenée d'air frais 70 et à une canalisation d'évacuation des gaz brûlés 72 On voit en outre sur le dessin une canalisation 74 d'évacuation des gaz brûlés du four, sortant du four à cuve circulaire à l'extrémité supérieure de la zone de préchauffage 10, laquel- le canalisation 74 débouche, en même temps qu'une canalisa- tion de récupérateur 76, dans la canalisation d'évacuation des gaz brûlés 72 Une canalisation d'évacuation des gaz brûlés 78 sert à évacuer les gaz brûlés non utilisés dans le processus. Le four à cuve circulaire décrit ci-dessus fonctionne comtme suit lors de la mise en oeuvre du procédé de l'inven- tion: Une partie importante de l'air de refroidissement, cir- culant vers le haut à l'intérieur de la zone de refroidisse- ment 18 dans la cuve annulaire 26, est aspirée au moyen du ventilateur 44, par les orifices d'air de refroidissement 38, dans la portion inférieure 34 de la garniture 20, et donc du four à cuve annulaire et elle est amenée régulièrement aux chambres de combustion supérieures 48 par la canalisation annulaire 46 La partie restante de l'air de refroidissement continue à circuler vers le haut dans la cuve annulaire 26, et après son entrée dans les orifices d'air de circulation , elle parvient, de façon connue, dans les chambres de com- bustion inférieures 52 o donc on obtient alors, en raison de la quantité d'air de refroidissement entrant, fortement ré- duite par rapport au procédé connu d'après le DE-PS 12 81 111, une atmosphère réductrice, c'est-à-dire ne contenant pas d'oxygène, qui se propage à l'intérieur de la cuve annulaire de sorte qu'elle s'étend dans celle-ci depuis les orifices de gaz de circulation 40 jusqu'au plan des chambres de combus- tion supérieures 48 Cette atmosphère réductrice est encore renforcée, de façon réglable, par le fait que les injecteurs ne sont plus alimentés exclusivement en air frais, en tant qu'agent propulsif, comme c'était le cas jusqu'à maintenant, mais avec une certaine proportion de gaz brûlés du four pro- venant de la canalisation circulaire 62, et selon les besoins, avec une fraction plus ou moins grande, et réglable, d'air frais Le pourcentage de CO de l'atmosphère dans le four à cuve annulaire peut être facilement réglé dans une plage com- prise entre 0,5 et 5 % de CO dans l'atmosphère du four Ceci peut être réalisé par un dosage approprié des quantités d'air frais supplémentaire et/ou en faisant varier le rapport des quantités d'air de refroidissement circulant en totalité, à l'intérieur de la zone de refroidissement, d'une part, et évacué à l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement, d'autre part. Une fraction de la totalité des gaz brûlés du four, consti- tuée par les gaz brûlés réunis, provenant du four par la canalisation d'évacuation des gaz brûlés 74 et du récupéra- teur 64 par la canalisation de récupérateur, circule par la canalisation d'évacuation des gaz brûlés 72 dans le compres- seur 68 Cette fraction des gaz brûlés y:iest comprimée avec une quantité d'air frais plus ou moins grande, réglée de fa- çon appropriée, et provenant de la canalisation d'amenée d'air frais 70, elle est préchauffée dans le récupérateur 64, puis introduite dans la canalisation annulaire 62, ce qui alimente alors les injecteurs individuels 56 Les gaz brûlés du four> qui ne sont pas nécessaires pour la récupération et le processus de l'invention décrit, et qui constituent les gaz brûlés proprement dits du four et quittent celui-ci par la canalisation d'évacuation 78, comportent un pourcentage élevé de gazcarbonique, que l'on ne pouvait pas obtenir par le procédé connu dans le four à cuve annulaire connu, notamment d'après le DE-PS 12 81 111 L'invention permet ainsi d'utiliser la teneur élevée en C 02 des gaz brûlés quittant le four à cuve par la canalisation d'évacuation 78, par exemple dans une soudière. Revendications 1. Procédé pour calciner et fritter un matériau en morceaux, tel que pierre à chaux, dolomite ou matériau ana- logue, dans un four à cuve, dans lequel le matériau traverse successivement une zone de préchauffage, une zone de combus- tion comportant une partie inférieure et une partie supérieu- re, et une zone de refroidissement, e L dans lequel, à l'ex- trémité supérieure de la zone de refroidissement, de l'air de refroidissement, circulant à contre-courant de bas en haut, est aspiré en même temps que des gaz de combustion, circulant vers le bas en courant de même sens dans la zone de combustion, et après avoir été mélangé à du combustible et de l'air dans la partie inférieure de la zone de combus- tion est introduit dans la colonne de matériau dans laquelle il circule partie vers le haut, partie vers le bas, et-est ramené à nouveau à l'aspiration à l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement, le combustible étant amené séparément aux gaz de combustion traversant vers le haut la partie supérieure de la zone de combustion, et aux gaz de combustion traversant la partie inférieure de cette zone, partie vers le haut, partie vers le bas, et étant réglé de telle sorte que le processus peut être conduit, dans la par- tie supérieure de la zone de combustion et dans la partie inférieure, avec un excès ou insuffisance, d'air variable et, de ce fait avec une température variable, caractérisé par le fait qu'une partie de l'air de refroidissement traversant la zone de refroidissement ( 18) à contrecourant est évacuée du four à cuve avant l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement et est introduite dans la colonne de matériau, dans la partie supérieure de la zone de combustion ( 14), en étant mélangé à de l'air et à du combustible. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rapport des quantités d'air de refroidissement évacué, d'une part à l'intérieur de la zone de refroidissement, et d'autre part à l'extrémité supérieure de la zone de refroidissement, peut être réglé pour régler la teneur en CO dans la partie supérieure de la zone de combustion. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans le- quel l'air d'alimentation amené à la partie inférieure et/ou supérieure de la zone de combustion est constitué au moins partiellement de gaz brûlés du four. 4 Procédé selon la revendication 3, dans lequel on peut régler la fraction d'air frais et de gaz brûlés de l'air d'alimentation pour régler la teneur en CO dans la partie inférieure de la zone de combustion. 5. Four à cuve annulaire pour calciner et fritter un matériau en morceaux, tel que pierre à chaux, dolomite ou matériau analogue, comportant: une zone de préchauffage, une zone de combustion, dans laquelle sont prévues, d'une part dans sa partie supérieure, et d'autre part dans sa partie inférieure, des chambres de combustion comportant des brû- leurs disposés, dans deux plans différents, dans la paroi du four et alimentés en combustible et en air de combustion, une zone de refroidissement se raccordant à la zone de com- bustion, comportant une arrivée d'air de refroidissement inférieure et une garniture intérieure de cuve, fermée en haut, délimitant une cuve annulaire entre sa paroi périphé- rique extérieure et la paroi intérieure du four, et dont l'extrémité inférieure se trouve dans la zone de refroidisse- ment et l'extrémité supérieure au-dessus du plan supérieur de brûleurs, de l'air de refroidissement pénétrant à l'ex- trémité supérieure de la zone de refroidissement, dans le volume intérieur de la garniture intérieure, par des orifi- ces de gaz de circulation en même temps que les gaz de com- bustion traversant vers le bas en un courant de même sens la partie inférieure de la zone de combustion, et pouvant être amené, à partir de ce volume intérieur, aux chambres de combustion du plan de brûleurs inférieur, en étant mélangé à du combustible et à de l'air, notamment pour mettre en oeuvre ce procédé, caractérisé par le fait que la portion inférieure de la garniture intérieure du four ( 20) est isolée à son extrémité inférieure de l'espace intérieur du four; qu'il est prévu, en dessous des orifices de gaz de circu- lation, à l'intérieur de la zone de refroidissement ( 18), une ouverture d'air de refroidissement reliant la cuve annulaire à l'espace intérieur de la garniture intérieure en dessous d'une cloison transversale, pour aspirer l'air de refroidis- sement au prorata et que l'air de refroidissement aspiré dans l'espace intérieur de la garniture intérieure peut être amené, par l'intermédiaire d'un ventilateur, et éventuelle- ment d'une canalisation annulaire, aux chambrés de combus- tions du plan supérieur de brûleurs. 6 Four v cuve annulaire selon -la revendication 5, dans le- quel il est prévu des injecteurs pour aspirer les gaz tra- versant vers le haut la portion supérieure de la garniture intérieure de four et constitués d'air de refroidissement résiduel et de gaz de combustion du plan de brûleurs infé- rieur, brûlés en proportions inférieures aux proportions stoe- chiométriques à l'intérieur de la partie inférieure de la zone de combustion présentant une atmosphère réductrice, et pour les introduire dans les chambres de combustion du plan inférieur de brûleurs, un mélange constitué par des gaz brû- lés du four, pouvant être retirés à l'extrémité supérieure du four à cuve, et par de l'air frais, de composition ré- glable, préchauffé et comprimé pouvant être amené à ces injecteurs en tant qu'agent propulsif. 7. Four à cuve annulaire selon la revendication 6, dans lequel il est prévu un récupérateur pour préchauffer le mé- lange constitué par les gaz brûlés du four et l'air frais avant qu'il soit introduit dans les injecteurs du groupe inférieur de chambres de combustion. 8. Four à cuve annulaire selon la revendication 7, dans lequel on intercale une canalisation annulaire entre le récupérateur et les injecteurs. 9 Four à cuve selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le récupérateur est traversé par une partie des gaz brûlés du four. 10. Four à cuve annulaire selon l'une des revendica- tions 5 à 9, dans lequel on peut régler le rapport entre l'air de refroidissement aspiré, d'une part, par les orifices d'air de refroidissement et, d'autre part, par l'ouverture d'air de circulation. 11. Four à cuve annulaire selon l'une des revendica- tions 5 à 9, dans lequel, lorsque les injecteurs alimentés en gaz contenant peu, ou pas d'oxygène, par exem- ple du gaz brûlé, on obtient une teneur extrêmement élevée en C 02 des gaz brûlés quittant le four.