Brevet FR2531197A1 — publié le 19840203

253119, La présente invention concerne d'une façon générale un dispositif pour améliorer l'efficacité de la combustion dans un four rotatif Par exemple, un four rotatif pour l'agglomé- ration du ciment est muni d'un ou plusieurs brûleurs pour huile lourde, charbon pulvérisé, ou pour les deux, à l'extrémité avant de celui-ci, pour permettre l'injection de combustible dans le four rotatif, Si l'air primaire est fourni après avoir été préchauffé à haute température et sous pression élevée, tout combustible est allum et brûle de façon régulière De l'air secondaire est fourni à une boîte à clinker comme air de refroidissement et est en contact avec le clinker contenu dans la botte à clin- ker, et l'air de refroidissement est ainsi amené à une tempéra- ture élevée approchant 1000 C; cet air à haute température est fourni à partir de la périphérie du brûleur. Si il existe un excès d'air primaire, alors la quantité d'air secondaire est inévitablement réduite En conséquence, ce dernier est encore préchauffé par le clinker, ce qui endommage- ra la boite à clinker et diminuera également le rendement global de la combustion. La présente invention concerne donc la manière de réduire un débit d'air primaire et d'empêcher la détérioration de la boîte à clinker. Ainsi, l'invention a pour objet de créer une unité de distribution d'air primaire unique et efficace permettant d'améliorer le rendement de combustion en réduisant le débit d'air primaire, d'éviter l'endommagement d'une boîte à clinker et de préchauffer de l'air primaire en montant plusieurs groupes de tubes de préchauffage de l'air primaire sur toute partie fra- gile de la boîte à clinker. Les objets ci-dessus, caractéristiques, principes, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de -formes de réalisation préférées de l'invention, faite en référence aux dessins anne- xés, sur lesquels des parties identiques sont désignées par les mêmes numéros de référence, et sur lesquels; La fig 1 représente un dispositif de refroidissement du clinker dans la boîte à clinker d'un four rotatif pour l'ag- glomération de ciment. La fig 2 représente l'unité de distribution d'air pri- maire conventionnelle d'un four rotatif pour l'agglomération de ciment La fig 3 représente une unité de distribution d'air primaire initialement expérimentée par l'inventeur de la pré- sente invention. La fig 4 représente une unité de distribution d'air pri- maire d'un four rotatif pour l'agglomération de ciment selon un premier aspect de 'l'invention. Les fig 5 et 6 sont des vues d'autres unités de distri- bution d'air primaire selon ce premier aspect de l'invention, et la fig 7 est une vue de l'unité de distribution d'air primaire d'un four rotatif pour l'agglomération de ciment selon un second aspect de la présente invention. La présente invention est basée sur le principe de fonc- tionnement décrit en détail ci-après. Dans un four rotatif, tel que destiné à l'agglomération de ciment, du combustible est injecté dans le four rotatif en ménageant un ou plusieurs brûleurs pour huile lourde,charbon pulvérisé, ou pour les deux, à son extrémité avant De l'air primaire sous haute pression est simultanément injecté et, si cet air primaire est fourni après avoir été préchauffé à haute température et à pression élevée, le combustible est al- lumé et brûle de façon régulière De l'air secondaire est four- ni à une boîte à clinker comme air de refroidissement, et est en contact avec le clinker contenu dans la boite à clinker, et l'air de refroidissement est élevé à une température approchant 10000 C; cet air élevé à une telle haute température est fourni comme air secondaire à partir de la périphérie du brûleur. La présente invention concerne une unité de distribution d'air primaire fournissant de l'air primaire à un ou plusieurs brûleurs installés à l'extrémité avant d'un four rotatif. Le clinker aggloméré dans un-four rotatif est acheminé dans une boîte à clinker prévue à l'extrémité avant du four rotatif, et estrefroidi rapidement dansladite boutezà clinker. Par exemple, le clinker de ciment est soumis à un refroidisse- ment rapide en envoyant un débit d'air important dans la botte à clinker Si le clinker n'est pas refroidi rapidement, le clin- ker aggloméré au prix de tant d'efforts est ramené à son état initial. Ainsi, la botte à clinker 1 est divisée en une chambre à haute température 3 et en une chambre à basse température 4 en ménageant une paroi de séparation 2 constituée d'un matériau réfractaire, suspendu au plafond de la boîte à clinker 1, comme le montre la figure 1, et l'air de refroidissement est initiale- ment fourni par une soufflerie 5 à partir du fond de la cham- bre à basse température 4 Une partie de cet air de refroidisse- ment est extraite à partir du plafond de la chambre à basse tempéra-ture 4, par un tuyau d'extraction 6, comme le montre la figure 1; l'air, encore à une température élevée d'environ 200 'C après qu'il ait été débarrassé de ses poussières par un préci- pitateur électrique 7, est utilisé comme source d'énergie, par exemple à travers le tuyau d'alimentation 8 équipé d'une souffle- rie L'autre partie de l'air est aspirée depuis le plafond de la chambre à basse température 4 par un tube d'aspiration 9 qui constitue le tuyau d'aspiration de la soufflerie 10, et est amenéeà la chambre à haute température 3 à partir du fond de cette chambre à haute température 3 par la soufflerie 10 Une partie de l'air élevée à une haute température comprise entre 800 et 10000 C par le clinker chaud contenu dans la chambre à haute température 3 est amenée au four rotatif 11 à partir de la périphérie du brûleur 23, comme air secondaire L'autre partie de l'àir en excès est acheminée vers un four auxiliaire pour aider une combustion constituant une étape du processus précédant le four rotatif 11, La figure 2 montre une forme de réalisation d'une unité de distribution d'air sous haute pres- sion envoyant de l'air primaire vers le brûleur 23 du four rotatif conventionnel 11, Sur la figure 2, le tuyau d'extrac- tion 16 est disposé dans l'espace supérieur 15 de l'entrée 14 de la boite à'clinker, un cyclone 17 est prévu pour séparer la poussière du tuyau d'extraction 16, une soupape de régulation 18 est montée sur le tuyau de sortie du cyclone 17, une soupape 2531197; 4. de régulation 20 est montée sur le tuyau d'admission d'air ambiant 19, un mélange de gaz, avec une proportion appropriée de gaz à haute température provenant du tuyau d'extraction 16 par rapport à l'air ambiantest amené au brûleur 22 comme air primaire par le tuyau d'aspiration 21 L'air primaire, amené sous haute pression par la soufflerie pour air primaire 22, est amené au brûleur 23 Dans l'unité de distribution d'air primaire conventionnelle représentée sur la figure 2, la tem- pérature de l'air primaire est comprise entre 200 et 3000 C ainsi, une soufflerie pour un tel air primaire ne peut être mise en rotation à une vitesse très élevée, et la pression de l'air primaire est donc comprise entre 200 et 300 -mm en colonne d'eau, et une quantité d'air primaire comprise entre 25 et 30 % O de la quantité d'air nécessaire pour brûler le combustible in- jecté par le brûleur 23 est requise Ainsi, la soufflerie con- ventionnelle 22 pour air primaire doit présenter une capacité extrêmement importante De plus, les poudres fines qui ne peu- vent être parfaitement séparées par le cyclone 17 sont mélan- gées dans ltair primaire; en outre il est dangereux de faire tourner la soufflerie 22 pour air primaire à une vitesse de rotation élevée car l'air primaire est à une température et sous une pression considérablement élevées; ainsi les poudres fines peuvent coller aux ailettes de la soufflerie et, de plus, l'abrasion des ailettes et/ou du carter est considérable et la durée de vie d'une telle soufflerie est désavantageusement courte. La figure 3 représente l'unité de distribution d'air primaire d'un four rotatif Sur la figure 3, du fait que le coin d'extrémité avant 24 du plafond de la boîte à clinker 1 est soumis à une température extrêmement élevée, et que la structure réfractaire de cette partie est en contact avec le clinker à haute température, ce qui a pour conséquence une ré- action chimique, l'inventeur a recouvert le coin 24 de l'ex- trémité avant du plafond de groupes de tubes de chauffage 25, 25 ' destinés à préchauffer l'air primaire, et à raccorder lesdits groupes de tubes de chauffage avec le tube d'aspiration 27 d'une soufflerie 26 pour air primaire Dans ce cas, il est nécessaire de pouvoir obtenir une température de l'air aussi basse que 1000 C, voire moins, et que le débit d'air primaire soit égal à environ 10 % du débit total de j'air de combustion, même si la pression de l'air primaire est élevée jusqu'à 1000 à 2000 mm en colonne d'eau; ainsi, le débit d'air secondaire est égal à 90 % du débit total de l'air de combustion. La présente invention concerne une unité de distribu- tion d'air primaire qui permet, en outre, de réduire le débit d'air primaire par rapport à l'unité expérimentale représentée sur la figure 3, de diminuer la puissance de la soufflerie, et de rendre l'allumage et la combustion réguliers avec un dé- bit de combustible également réduit. L'unité de distribution d'air primaire de la présente invention est décrite en référence à la figure 4, qui en repré- sente une forme de réalisation Sur la figure 4, de l'air pri- maire sous haute pression, injecté avec du combustible à partir du brûleur 23 du four rotatif 11 est mis sous pression par la soufflerie 26 pour air primaire, et son tuyau de décharge 28 est raccordé aux groupes de tubes de chauffage 25, 251,_, destinés à préchauffer l'air primaire, montés au coin de la structure réfractaire 24 situé à l'extrémité avant du plafond de la boite à clinker 1 et, ainsi, de l'air primaire sous haute pression est chauffé en traversant lesdits groupes de tubes de chauffage 25, 25 ',, est acheminé vers le brûleur 23, sa pression étant conservée, et est injectée à force, avec le combustible, à partir du brûleur 23 Dans ce cas, la température de l'air primaire amené au brûleur 23 est comprise entre 500 et 8000 C, sa pression est comprise entre 1000 et 2000 mm en colon- ne d'eau, et le débit de l'air primaire peut être ramené à 2 % du débit total d'air de combustion requis Ainsi, le débit de l'air secondaire à haute température fourni au four rotatif 11 par la boite à clinker devient égal à 98 % du débit total d'air de combustion requis Le combustible est dosé avec précision avec l'air primaire sous haute pression et à température éle- vée, et est allumé et brûlé de façon régulière en fournissant l'air secondaire à haute température En conséquence, en utili- sant l'unité de distribution d'air primaire selon l'invention, la consommation de combustible peut être diminuée d'environ 2 % et en particulier lorsque le combustible utilisé est du charbon pulvérisé, il peut être brûlé de manière régulière; une souf- flerie pour air primaire pouvant engendrer des pressions éle- vées pourra être d'une faible capacité, son abrasion sera di- minuée, et sa durée de vie sera ainsi accrue. De plus, la structure réfractaire en coin 24 située à l'extrémité avant du plafond de la boite à clinker 1 était habituellement endommagée en étant sévèrement brûlée Cepen- dant, le degré de détérioration due à ce brûlage peut être largement diminué en recouvrant cette structure réfractaire en-coin avec les groupes de tubes 25, 25 ', destinés à préchauffer l'air primaire. Incidemment, lors de l'agglomération de ciment ou analogue, on a constaté qu'un ciment de bonne qualité ne pou- vait être obtenu que si le clinker produit avec tant d'efforts par agglomération dans un four rotatif était rapidement refroi- di Ainsi, on a tenté de munir la boîte à clinker convention- nelle 1 d'une paroi de séparation 2, disposée à une position plus haute entre la chambre à haute température 3 et la cham- bre à basse température 4 pour rapidement refroidir le clin- ker et fournir de l'air à haute température Cependant, la pa- roi de séparation 2 de structure réfractaire, suspendue au plafond de la boite à clinker 1, est sérieusement endommagée du fait qu'elle est exposée à des températures extrêmement élevées, et certaines réactions chimiques sont engendrées par contact direct avec le clinker à haute température. Les deux autres formes de réalisation de la présente invention sont représentées sur les figures 5 et 6 Sur la fi- gure 5, de l'air primaire sous haute pression injecté avec du combustible à partir du brûleur 23 du four rotatif 11 est encore mis sous pression par la soufflerie 26 pour air pri- maire Les groupes de tubes 29, 29 ', pour le préchauffage de l'air primaire sont montés en un emplacement de la boîte à clinker 1 o la paroi de séparation 2 (voir figure 2) était conventionnellement installée Le tuyau de décharge 28 de la soufflerie 26 pour air primaire est raccordé à ces groupes de tubes de chauffage 29, 29 ', et, ainsi, l'air primaire sous haute pression est chauffé en traversant lesdits groupes de 2531197; tubes de chauffage 29, 29 ',,, est acheminé vers le brûleur 23, sa pression étant conservée, et est injecté à force avec le com- bustible, à partir du brûleur 23. Sur la figure 6, l'air primaire sous haute pression injecté à partir du brûleur 23 du four rotatif 11 est enco- re mis sous pression par la soufflerie 26 pour air primaire, est acheminé vers le brûleur 23 après avoir été chauffé en traversant les groupes de tubes de chauffage 29, 29 ',, situés en un emplacement o la paroi de séparation était conventionnel- lement installée puis en traversant les groupes de tubes de chauffage 25, 251,_ destinés à préchauffer l'air primaire, montés au coin 24 de l'extrémité avant du plafond de la boîte à clinker 1, et est injecté à force avec le combustible à par- tir du brûleur 23. Ces unités de distribution d'air primaire des figu- res 5 et 6 permettent une réduction importante du degré de brû- lage des groupes de tubes de chauffage 29, 29 ', ^,, qui rempla- cent la paroi de séparation conventionnelle 2 (voir figures 1 ou 2) en étant installés sensiblement au méme emplacement; ainsi, ces unités peuvent fournir de l'air secondaire à haute tempéra- ture au four rotatif 11 en quantité appropriée pour produire un ciment de bonne qualité. Une forme de réalisation selon un second aspect de l'invention est représentée sur la figure 7 -Comme déjà décrit en référence à la figure 1, la boîte à clinker 1 est divisée en une chambre à haute température 3 et en une chambre à bas- se température 4 par une paroi réfractaire 2 suspendue au pla- fond de la boîte à clinker 1, une partie de la grande quantité d'air fournie par la soufflerie 5 à la chambre à basse tempé- rature est extraite par le tube d'extraction 6, dont l'orifice d'admission traverse le plafond de ladite chambre à basse tem- pérature, et est fournie à une autre installation utilisatrice par le tuyau d'alimentation en air 8, équipé d'une soufflerie, après que les poussières aient été retirées de l'air par un pré- cipitateur électrique 7 installé sur le tuyau d'extraction 6. Grâce à un embranchement prévu sur le tuyau d'alimentation en air, le tube d'aspiration 30 de la soufflerie 26 pour air primaire peut être raccordé audit embranchement Ainsi la 2531191; soufflerie 26 aspire l'air à environ 200 C, souis pression, et délivre l'air, Du fait que l'air fourni par la soufflerie pour air primaire 26 a déjà traversé le précipitateur 7, celui-ci renferme moins de poussières et peut être mis sous pression par l'action de la soufflerie 26 à vitesse de rotation élevée, dans la mesure o sa température est d'environ 200 o C, aucune vibra- tion substantielle ne peut avoir lieu, et les poussières n'adhè- rent pas aux ailettes de la soufflerie 26. Ce second aspect de l'invention peut encore améliorer un peu le rendement thermique par rapport à son premier aspect. Comme décrit plus haut, selon les premier et second aspects de l'invention, le rendement thermique peut être amé- lioré d'environ 2 % par rapport à l'unité conventionnelle, car l'air primaire est à haute-température et sous haute pression, et des défauts tels que l'adhésion des poussières aux ailettes de la soufflerie pour air primaire; provoquant des vibrations, sont minimisés du fait que le précipitateur électrique est ins- tallé sur la conduite d'air primaire En outre, toutes les par- ties fragiles de la boîte à clinker sont protégées des br Glures par ces tubes de chauffage montés dans celle-ci, En conséquence, un fonctionnement en continu et prolongé est également possible ce qui aide à améliorer le rendement thermique global de l'ins- tallation équipée d'une unité de distribution d'air primaire se- lon l'invention. 2531191 r REVENDICATIONS 1 Unité de distribution d'air primaire pour four rota- tif, caractériséepar le fait qu'elle comprend une soufflerie ( 26) pour air primaire sous haute pression, agencée pour in- jecter de l'air primaire avec du combustible à partir d'un brûleur ( 23) monté à l'extrémité avant du four rotatif ( 11) des groupes de tubes de chauffage ( 25, 25 ',) agencés pour préchauffer l'air primaire, montée de manière à recouvrir la structure réfractaire en coin ( 24) située à l'extrémité avant du plafond d'une bo Ute à clinker ( 1), et/ou des groupes de tubes de chauffage ( 29, 29 ',) agencés pour préchauffer l'air primaire, montée en un emplacement élevé, là o existait con- ventionnellement une paroi de séparation entre une chambre à haute température ( 3) et une chambre à basse température ( 4), et un tuyau de décharge préchauffer l'air primaire, l'air primaire chauffé en traver- sant ces tubes de chauffage étant fourni au brûleur ( 23). 2 Unité de distribution d'air primaire selon, la reven- dication 1, caractérisée par le fait que sa structure est telle que la soufflerie ( 26) pour air primaire sous haute pression est agencée pour injecter de l'air primaire avec du combustible à partir du brûleur ( 23 j monté à l'extrémité avant du four ro- tatif ( 11), que les groupes de tubes de chauffage ( 25, 25 ',) agencés pour préchauffer l'air primaire sont montés sur la structure réfractaire en coin ( 24) située à l'extrémité avant du plafond de la boite à clinker ( 1) de manière à recouvrir ladite structure, et/ou que les groupes de tubes de chauffage ( 29, 29 ',) agencés pour préchauffer l'air primaire sont mon- tés en une position en altitude entre la chambre à haute tem- pérature ( 3) et la chambre à basse température ( 4) de la boite à clinker ( 1), là o existait conventionnellement une paroi de séparation, que le tuyau de décharge ( 28) de la soufflerie ( 26) pour air primaire est raccordé-à ces groupes de tubes de chauffage agencés pour préchauffer l'air primaire, que l'air primaire préchauffé en traversant ces tubes de chauffage agencés pour préchauffer l'air primaire est fourni au brûleur ( 23), et que le tuyau d'aspiration ( 30) de la soufflerie ( 26) pour air primaire est raccordé à une alimentation en air ( 6) montée sur le plafond de la chambre à basse température de la boîte à clinker ( 1), et fournit l'air primaire traversant le précipita- teur ( 7).