Brevet FR2531353A1 — publié le 19840210

L'invention se rapporte à un séparateur à cyclone, en particulier pour l'échange de chaleur direct entre la matière en grains et les gaz d'échappement chauds du four d'une installation d'échange de chaleur de four rotatif ser- vant à fabriquer du ciment Ce séparateur possède, à sa partie supérieure, une arrivée tangentielle du gaz et un tube plan- geant pénétrant dans le séparateur par le hautpour l'évacua- tion des gaz, ainsi qu'un système d'évacuation du produit à sa partie inférieure. Par le brevet allemand 23 61 995, on connaît un séparateur à cyclone dans lequel le tube plongeant central, qui pénètre dans le séparateur par le hautest fixé à demeure, au plafond du séparateur La partie médiane de ce tube plon-. geant connu, qui est fait d'une pièce, présente des trous servant à l'entrée des gaz, ouvertures qui sont:-formées par l'enfoncement radial de languettes. Avec des séparateurs à cyclone de ce genre, ayant un tube plongeant d'une seule pièce et fixe à demeure à leur toit, il peut arriver, en raison-des surcharges ther- miques élevées, souvent d'origine locale, agissant surtout dans la direction radiale, non seulement qu'il se produise des déformations par flexion, des bosselages,-et donc des modifications de la section du tube plongeant, mais éga- lement que ce tube s'arrache dans sa zone de fixation au séparateur, ou que des morceaux se détachent de sa paroi et tombent dans le séparateur C'est le cas en particulier lorsque ce séparateur à cyclone est utilisé pour l'échange de chaleur direct entre la matière en grains et les gaz d'échappements chauds du four, dans l'étage de précalcination d'une installation d'échange de chaleur d'un four rotatif servant à fabriquer du ciment C e risque existe surtout, ainsi que le montre l'expérience dans le cas des séparateurs à cyclone auxquels on est obligé de donner des dimensions importantes en vue d'obtenir un fort débit et un rendement élevé de la séparation, et qui sont montés immédiatement en aval du four tournant, ou qui sont équipés de systèmes de chauffage supplémentaires (du type PYROCLON), ou les deux. Cependant, une modification de la section du tube plongeant ne produit pas seulement une baisse considé- rable du rendement de la séparation, mais elle peut aussi provoquer une modification de la résistance à l'écoulement dans la zone de précalcination, modification qui a des effets néfastes sur le processus de calcination dans son ensemble. En outre, si le tube plongeant s'arrache ou si des morceaux s'en détachent et tombent dans le séparateur à cyclone, cela peut provoquer l'obstruction de son système d'évacuation, de sorte qu'il faut arrêter toute l'installation d'échange de chaleur du four rotatif Il en résulte une perte de pro- duction et des frais de réparation élevés, qui sont indé- sirables. Le but de l'invention est de réaliser le tube plongeant d'un séparateur à cyclone destiné à l'échange de chaleur direct entre la matière en grains et les gaz d'échappement chauds du four d'une installation à échangeur de chaleur d'un four rotatif servant à la fabrication de ciment, et à le relier au séparateur à cyclone, de telle manière que, même en cas de surcharges thermiques élevées, toute modification de la section et toute -rupture du tube plongeant soient évitées de manière s Ore. Ce but est atteint du fait que le tube plongeant qui pénètre par le haut dans le séparateur-à cyclone est constitué par plusieurs segments longitudinaux distincts, fixés au toit du séparateur à cyclone dé façon à pouvoir être enlevés Grâce à cette réalisation selon l'in- vention, le tuyau plongeant peut se dilater de façon très avantageuse, en cas de contraintes thermiques, dans la di- rection périphérique, et donc dans la direction radiale. De cette manière, on évite de façon s Ire, même pour des contraintes thermiques élevées et irrégulières, les défor- mations et les ruptures de la paroi du tube plongeant Il en résulte un avantage supplémentaire, qui est que, pendant la marche du séparateur à cyclone, il ne peut s e produire ni modification de la résistance à l'écoulement des gaz dans la zone de précalcination, ni obstruction du dispositif d'évacuation des matières solides dans le cyclone Un autre avantage du tube plongeant réalisé selon l'invention réside dans le fait que, en cas de besoin, on peut remplacer certains segments du tube ou tous ces segments, de l'intérieur, et ce, très facilement, et avec une dépense de temps et de main- d'oeuvre relativement faible. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, l'extrémité supérieure des segments du tube plongeant est pourvue d'au moins une saillie en équerre dé- passant vers l'extérieur, qui pénètre d'en haut dans une bar- rette placée sur le toit du séparateur à cyclone Cela permet un montage et un démontage particulièrement aisés, car on peut les accrocher ou les décrocher très simplement d'en haut. Pour pouvoir remplacer les segments du tube plcn- geant, si nécessaire, avec une dépense particulièrement faible en maind'oeuvre en temps et en frais, la fixation amovible des segments du tube plongeant sur le séparateur à cyclone se fait, selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moyen de vis. Avec un autre mode de réalisation de l'invention, les extrémités inférieures des segments du tube plongeant sont entourées d'un anneau Cela maintient leur cohésion d'une façon très avantageuse, et cela maintient aussi la forme annu- laire du tube plongeant pendant le fonctionnement du sépara- teur à cyclone, même en cas de contraintes thermiques élevées. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, les segments du tube plongeant sont faits, au moins à leur partie inférieure, d'un matériau réfractaire, en particulier de la céramique Cela augmente très fortement, d'une façon très avantageuse, le temps d'utilisation de ce dernier. On trouvera d'autres détails, particularités et avantages de l'invention dans la description qui suit des exemples de réalisation, représentés schématiquement dans les dessins. La figure 1 est une coupe longitudinale d'un séparateur à cyclone dans lequel est disposé un tube plongeant constitué par plusieurs segments, selon l'invention. La figure 2 est une coupe partielle d'un séparateur à cyclone comprenant des segments de tube en deux parties, conforme à l'invention, à une échelle agran- die. La figure 3 montre une autre variante de la fixation des segments du tube plongeant au moyen de vis, conformément à l'invention, en vue partielle. Ainsi que le montre la figure 1, le sépara- teur à cyclone 1 est cylindrique en haut, conique en bas. Ce séparateur à cyclone 1 est constitué par une paroi extérieure 2 en tôle d'acier, pourvue, à l'intérieur, d'un revêtement réfractaire 3 Un tuyau 4 d'arrivée des gaz débouche tangentiellement dans le séparateur à cyclone 1, dans sa paroi latérale, à la partie supérieure Dans la partie centrale du toit du séparateur à cyclone l,est prévue une ouverture 5 d'évacuation des gaz à laquelle est raccordé un tuyau 8 d'évacuation des gaz, pourvu d'un revêtement intérieur réfractaire i, par l'intermédiaire d'une tubulure 6 Le fond conique du séparateur à cyclone 1 a une ouverture centrale 9 pour l'évacuation des ma- tières. Un tube plongeant 10 est introduit par le haut, au centre, en passant dans l'ouverture 5 Selon l'invention, ce tube plongeant 10 est constitué par plu- sieurs segments 11 distincts s'étendant dans la direction longitudinale du tube L'extrémité supérieure de ces seg- ments 11 du tube plongeant 10 est pourvue d'une saillie 12.en équerre, qui dépasse vers l'extérieur, et qui's'en- gage par le haut dans une barrette 13 placée sur le toit du séparateur à cyclone 1 La barrette 13 a une section en équerre et elle est brasée sur la paroi en tôle du séparateur à cyclone L'espace compris entre les saillies en équerre 12 des segments 11-du tube plongeant et le tuyau 8 d'évacuation des gaz est rempli d'un pisé 14 réfractaire. Des supports 15 dont la section est en forme de U sont fixés aux extrémités inférieures des segments 11 du tube plongeant 10 Un anneau 16 est déposé dans ces supports, sans être fixé, Cet anneau 16 maintient de façon très avan- tageuse la cohésion des segments 11 du tube plongeant 10 à leurs extrémités inférieures. Lors du montage du tube plongeant 10, confor- me à l'invention, on accroche simplement par le haut, dans les barrettes 13, les différents segments 11, par leurs sail- lies 12 en forme d'équerre, qui dépassent vers l'extérieur à l'extrémité supérieure, et ce de telle façon qu'ils se tou- chent tout autour le long de leurs arêtes longitudinales. Ensuite, on place l'anneau 16 dans les supports en U 15 qui se trouvent à l'extrémité inférieure des segments 11 du tube plongeant 10, et l'on remplit l'espace intermédiaire compris entre le tuyau 8 d'évacuation des gaz, pourvu d'un revêtement intérieur 7, et le système d'accrochage du tube plongeant 12, 13 et la tubulure 6 avec un pisé réfractaire 14. Du fait que le tube plongeant 10 qui pénètre par le haut dans le séparateur à cyclone lest constitué, selon l'invention, par plusieurs segments longitudinaux distincts Il qui sont accrochés au toit du séparateur à cyclone et dis- posés de façon à se toucher entre eux, sur leurs côtés lon- gitudinaux, sans être serrés, ils peuvent se dilater de façon très avantageuse dans la direction de leur périphérie, en cas de contraintes thermiques qui apparaîtraient pendant le fonctionnement, ce qui évite de manière sûre des déformations ou des dommages du tube plongeant sous l'effet de la chaleur. Dans le cas o il faut remplacer certains segments du tube plongeant ou tous ces segments, cela -se fait très facilement et de façon simple, depuis l'intérieur du séparateur à cy- clone Pour ce faire, il suffit d'enlever et de remettre le pisé 14 qui se trouve au-dessus des saillies en équerre du tube plongeant et de retirer puis de remettre l'anneau 16 qui se trouve sur l'extrémité inférieure des segments 11 du tube plongeant 10. En outre, ainsi que le montre la figure 2, les segments 17 du tube plongeant peuvent être faits d'une matière réfractaire, au moins pour leur partie qui pénètre dans le séparateur à cyclone Il est indiqué que les segments 17 du tube plongeant soient alorsen deux parties, à savoir une partie supérieure 18 et une partie inférieure 20 fixée à la première au moyen de vis 19 ouau moyen d'éléments de fixation analogues La partie supérieure 18 du segment 17 du tube plon- geant est constituée par de la tôle d'acier, la partie infé- rieure 20 par de la céramique Ce mode de réalisation des seg- ments 17 du tube plongeant augmente très fortement la durée d'utilisation des différents segments, et donc du tube plongeant, même s'il est soumis à des contraintes thermiques très impor- tantes Au lieu des éléments en céramique 20, on peut aussi, ce qui est très avantageux, employer des plaques en wolframite frittée En outre, le cas échéant, les parties 18 et 20 des segments 17 du tube plongeant peuvent être reliées l'une à l'autre pàr brasage, collage ou soudage. En outre, avec le tube plongeant conforme à l'invention, on a la possibilité d'utiliser des segments de tube plongeant entièrement constitués d'un matériau réfrac- taire C'est ainsi, comme le montre la figure 3, que les seg- ments 21 du tube plongeant peuvent, par exemple, être cons- titu 6 S par de simples plaques rectangualires fixées, en haut, à l'aide d'une vis 22 à une tubulure 24 disposée sur le toit du séparateur à cyclone 23 Il est indiqué que la tête 25 de la vis Z 2 soit placée dans un renfoncement 26 de dimensions appropriées, avec un prolongement 27 dirigé vers l'extérieur. Dans l'espace intermédiaire qui se trouve entre les segments 21 du tube plongeant et la tubulure 24, le corps de la vis 22 est protégé par une douille 28 L'espace compris entre les segments 21 dutube plongeant et la tubulure 24, d'une part, et le tuyau d'échappement des gaz 29, d'autre part, est éga- lement rempli d'un pisé réfractaire 30. L'avantage particulier de ce mode de réalisa- tion, représenté à-la figure 3, et de cette fixation amovible des segments 21 du tube plongeant sur le séparateur à cyclone 23, réside dans le fait que, en cas de besoin, ces segments 21 peuvent être très aisément déplacés vers l'intérieur en desser- rant la vis 22 et retirés sans qu'il soit nécessaire d'enlever une partie du pisé 30 qui se trouve au-dessus Donc, lorsqu'on remplace les segments 21 du tube plongeant, ce pisé 30 reste tout à fait intact, ce qui a pour conséquence des économies de main-d'oeuvre, de temps et de coûts L'objet de l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation représentés par les figures du dessin C'est ainsi, par exemple, que les seg- ments du tube plongeant peuvent avoir, à leur extrémité su- périeure, des saillies en forme de bec qui s'engagent par le haut dans des logements appropriés du séparateur à cyclone. En outre, au lieu de l'anneau placé à l'extrémité inférieure des segments du tube plongeant, on peut aussi, ce qui est très avantageux, utiliser plusieurs segments d'anneaux qui s'enga- gent les uns dans les autres En outre, en fonction de la taille du séparateur à cyclone, on peut varier la longueur et le nombre des segments du tube plongeant et les adapter ainsi de façon optimale aux contraintes thermiques qui apparaissent lors du fonctionnement du séparateur à cyclone, tout en con- servant un rendement élevé de la séparation. REVENDICATIONS 1 Séparateur à cyclone, en particulier pour l'échange de chaleur direct entre le produit en grains et les gaz d'échappement chauds du four d'une installation d'échange de chaleur de four rotatif servant à la fabrication de ciment, pourvu dans sa partie supérieure d'une arrivée tangentielle des-gaz et d'un tube plongeant qui-s'enfonce en position centrale, par le haut, dans le séparateur, pour l'évacuation des gaz, et d'un dispositif d'évacuation du produit à sa partie inférieure, caractérisé en ce que le tube plongeant ( 10) qui s'enfonce par le haut dans le séparateur à cyclone ( 1,23) est constitué de plusieurs segments ( 11, 17, 21) dis-. tincts s'étendant dans la direction longitudinale du tube, et montés dans le toit du séparateur à cyclone ( 1, 23) de façon à pouvoir être enlevés. 2 Séparateur à cyclone selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les segments ( 11, 17) du tube plongeant ( 10) sont pourvus, à leur extrémité supérieure, d'au moins une saillie ( 12) ep équerre dépassant vers l'extérieur, qui s'engage par le haut dans une barrette ( 13) disposée dans le toit du séparateur à cyclone ( 1). 3 Séparateur à cyclone selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comporte des vis ( 22) pour assurer la fixation amovible des segments ( 21) du tube plongeant ( 10) sur le séparateur à cyclone ( 23). 4 Séparateur à cyclone selon l'une des re- vendications 1, 2, ou 3, caractérisé en ce que les segments (Il, 17, 21) du tube plongeant ( 10) sont entourés d'un anneau ( 16) à leur extrémité inférieure. 5 Séparateur à cyclone selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les segments ( 17) du tube plongeant ( 10) sont constitués d'une matière réfrac- taire, en particulier de la céramique, au moins dans leur partie qui pénètre à l'intérieur du séparateur à cyclone ( 1).