Brevet FR2543132A1 — publié le 19840928

La présente invention concerne un procédé et une installation pour la fabrication de liants hydrauliques. Dans la demande de brevet allemand DE-OS 28 15 161, on décrit un procédé et une installation pour la fabrication de différents liants hydrauliques à partir de matières premières communes dans un processus de calcination, o un courant de matière première sous une forme finement divisée est chauffé au moins jusqu'à déshydratation et o le courant principal est ensuite divisé en au moins deux courants partiels dont l'un est transformé dans la suite du processus de calcination en klinker de ciment tandis que l'autre courant partiel est dérivé du processus de calcination, refroidi dans une zone séparée de refroidissement et utilisé pour la fabrication d'un liant hydraulique moins calcinée. Une installation appropriée à cet égard a été auparavant agencée et utilisée de manière qu'à partir d'un conduit parcouru par de la matière solide finement divisée et partant de la sortie d'un cyclone séparateurassocié à la zone de préchauffage ou à la zone de calcination, une fraction de la matière préchauffée et au moins partiellement calcinée soit dérivée par l'intermédiaire d'un aiguillage et au moyen d'un registre réglable de dosage ou bien d'un dispositif d'extraction assurant un dosage volumétrique ou gravimétrique. A cet égard on a rencontré des difficultés car un registre réglable de dosage ne peut souvent pas effectuer avec la précision nécessaire la division d'un courant principal de matière solide en deux courants partiels. En outre, l'utilisation d'autres dispositifs d'extraction opérant par dosage volumétrique ou gravimétrique est également rendue difficile par le fait que le courant de matière se trouve à des températures comprises entre 450 et 950 'C Egalement un dispositif d'extraction doit être complètement fermé car il existe entre la zone d'extrac- tion et l'atmosphère environnante des différences de pression d'un ordre de grandeur de quelques centaines de millibars. En conséquence, l'utilisation d'un dispositif d'extraction ouvert s'interdit par elle-même. Une autre difficulté est créée par le refroidisse- ment du courant partiel dérivé formé d'une matière finement divisée, notamment également en ce qui concerne un recyclage souhaitable de la quantité de chaleur ainsi prélevée dans le circuit de l'installation. L'invention a en conséquence pour but d'améliorer encore le procédé connu ou l'installation correspondante de manière à éliminer les difficultés et les limitations techniques précitées. Avec l'invention, il s'est avéré d'une manière surprenante que ce problème pouvait être résolu d'une façon avantageuse et non compliquée lorsqu'à partir du courant de matière solide et de gaz passant dans l'installation dans une plage de températures comprise entre 450 'C et 950 'C, on dérive un courant partiel qui est séparé en solides et en gaz dans un état séparateur indépendant, les solides étant refroidis et étant ensuite traités=pour former un liant hydraulique. Sans rencontrer les difficultés se manifestant lors de la séparation exacte d'un courant partiel de matière solide finement divisée à partir d'un courant de matière et solides non divisé dans la plage de température indiquée la division d'un courant de gaz chargé en solides et sa régulation pondérale n'offrent aucune difficulté De cette manière on est arrivé grâce à l'invention, par la dérivation du courant partiel à partir du courant de solides et de gaz de l'installation et par séparation ultérieure dans un étage séparateur indépendant sous forme de solides et de gaz, à effectuer une séparation pondérale extrêmement exacte à l'intérieur de l'installation fermée. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, il est prévu que la dérivation du courant partiel soit effectuée à partir du courant de solides et de gaz sortant du calci- nateur. La matière obtenue en cet endroit possède la condition d'activation maximale et en conséquence également une température située à la limite supérieure de la plage de températures prévue conformément à l'invention. En outre il est proposé que la matière solide soit refroidie à contre courant avec de l'air dans un refroidisseur opérant par mise en suspension dans un gaz. Par utilisation d'un refroidisseur opérant par mise en suspension dans un gaz et branché en aval de l'étage séparateur, on parvient sans difficulté à effectuer un refroidissement de la matière solide finement divisée par échange direct de chaleur avec l'air de refroidissement. A cet égard, la majeure partie de la chaleur contenue dans la matière solide est transmise à llair de refroidissement et est réintroduite dans le circuit de l'installation en un endroit approprié Avantageusement de cette manière la quantité de chaleur cédée à l'agent de refroidissement est recyclée dans l'installation. On obtient ainsi l'avantage que la quantité de chaleur contenue dans la matière dérivée du calcinateur est recyclée en majeure partie dans l'installation sur la voie passant par le refroidisseur-à mise en suspension dans un gaz qui est branché en aval En conséquence il ne résulte de la condition souhaitable de haute activation et de haute température de la matière solide dérivée aucune influence perturbatrice sur la situation de l'installation en ce qui concerne les économies de chaleur. Le gaz brûlé par la matière solide dérivée peut alors être introduit dans un étage de l'échangeur de chaleur qui est placé en aval ou bien, dans le cas d'une forte teneur en substances nocives, il-peut être déchargé dans un bypass. A cet égard, il est prévu, dans un autre mode de réalisation, que la fraction du courant partiel dérivé du courant de gaz et de solides soit comprise entre 1 % et 30 %, de préférence entre 5 % et 20 %. Le mairtien de proportions aussi exactes est rendu possible grâce à l'invention A cet égard, la précision surprenante avec laquelle il est possible de séparer un courant partiel de solides du courant principal de matière solide finement divisée passant dans l'installation, corres- pond à un des avantages importants de l'invention. Un autre avantage consiste en ce que la régulation pondérale peut être effectuée d'une manière non compliquée et très avantageuse par le fait que, conformément à une autre caractéristique de l'invention, cette régulation est effectuée par voie indirecte au moyen d'une régulation de débit ou d'un étranglement du courant de gaz recyclé du séparateur vers l'installation ou vers le bypass. A cet effet, on peut en-outre prévoir que du gaz chargé en substances nocives et évacué dans le bypass soit refroidi à l'aide d'air et le cas échéant par addition d'eau au moins jusqu'à la condensation des substances nocives, que les poussières de bypass contenues dans celles-ci soient séparées, que le gaz soit évacué de l'installation et que les poussières de bypass soient ajoutées au liant hydraulique ou bien Jetées ou bien utilisées d'une autre manière. Il est évidemment connu, et notamment exclusivement pour réduire l-a circulation des substances nocives et/ou les teneurs en substances nocives dans du klinker de ciment, de dériver du circuit intérieur d'une installation de calcination de ciment un courant partiel de gaz, par exemple à partir de la zone de calcination, de le refroidir rapidement avec de l'air de refroidissement et le cas échéant avec addition d'eau et de séparer les substances alcalines, les composés chlorés et les sulfates qui se condensent alors sous forme de poussières puis de décharger le gaz épuré de l'installa- tion A cet égard, l'élimination ou la réutilisation des poussières séparées dans le dispositif de bypass, qui doivent être éliminées du processus de production, créent des difficultés ( Zement-Kalk-Gips, volume 5 ( 1962), page 203, figure 11 et description colonne de droite) Un tel dispositif de bypass servant à réduire la teneur en substances nocives dans du klinker de ciment a été décrit par exemple dans la demande de brevet allemand DE-AS 21 61 411. Cependant alors que dans les procédés et installa- tions connus les poussières de bypass provoquent non seule- ment une perte de matières mais posent également des problè- mes de pollution d'environnement, dans le procédé conforme à l'invention ces poussières peuvent être ajoutées sans inconvénients aux liants hydrauliques produits par calci- nation faible et il est ainsi possible de les exploiter intégralement. En outre il est prévu que l'air de sortie des refroidisseurs opérant par mise en suspension dans un gaz soit introduit comme air tertiaire dans le calcinateur. Il se produit alors une récupération de la chaleur extraite de la matière solide dérivée et simultanément une introduc- tion efficace d'air tertiaire additionnel chaud dans la voie de réaction du calcinateur Cela est particulièrement avan- tageux dans des installations qui ne comportent pas un conduit séparé d'air tertiaire et qui doivent faire passer ainsi l'air de combustion pour le calcinateur comme excès d'air au travers du four. En outre il est prévu que, pour un traitement de la partie de matière solide non brûlée sous forme de klinker et essentiellement calcinée sous forme de liant hydraulique, on ajoute des matières d'addition ayant des propriétés hydrauliques ou pouzzolaniques et on les mélange entre elles pour former un mélange homogène, que la fraction de chaux libre du mélange soit éteinte avec de l'eau et que le mélange soit ensuite encore refroidi. Comme matières d'addition ayant des propriétés hydrauliques, on utilise à cet égard du ciment et/ou du laitier de haut-fourneau broyé alors que comme matières d'addition à propriétés pouzzolaniques, on utilise des cendres volantes de centrales thermiques, des pouzzolanes et des matériaux semblables. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisée au m Qins par un conduit partant de la zone du calcinateur pour la décharge d'un courant partiel de gaz/matière solide, comportant un groupe séparateur et un refroidisseur pour matière solide finement divisée. Selon d'autres particularités de l'invention le refroidisseur est un refroidisseur à contre-courant et à mise en suspension dans un gaz; il est prévu un conduit reliant la sortie de matière solide du groupe séparateur avec le refroidisseur, un organe d'arrêt de gaz étant disposé avantageusement dans ce conduit il est prévu un conduit d'air tertiaire reliant la sortie de gaz du refroidisseur avec le calcinateur; il est prévu un tuyau de fumées reliant la sortie de gaz du séparateur à un échangeur de chaleur ou à un bypass dans le tuyau de fumées, il est prévu un organe d'étrangle- ment qui peut avantageusement être télécommandé; le refroidisseur à contre-courant et à mise en suspension dans un gaz comporte deux étages de cyclones et un tuyau de liaison dans lequel est disposé un ventilateur et le tuyau partant du séparateur débouche dans la partie du tuyau de liaison qui relie le côté de refoulement du ventilateur au premier étage de cyclone; la sortie de gaz du groupe séparateur est reliée à une chambre mélangeuse, comportant un dispositif pour l'admission réglable d'air de refroidissement ainsi que pour l'injection d'eau, auquel est relié un conduit de bypass pourvu d'un épurateur de gaz de bypass il est prévu des groupes branchés en aval du refroidisseur pour l'extinction et l'homogénéisation du liant hydraulique, comportant au moins un mélangeur et le cas échéant un dispo- sitif d'injection d'eau ainsi qu'un dispositif de post- traitement du liant, auquel est relié un conduit de dépoussié- rage de vapeur chaude, qui débouche dans le tuyau de bypass et qui est équipé d'un organe de réglage, pouvant de préfé- rence être télécommandé, et il est en outre prévu un tuyau qui relie le volume collecteur de poussière de l'épurateur de gaz de bypass auxdits groupes. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma à blocs d'une installation de calcination pour la fabrication de liants hydrauliques, comportant un conduit partant du calcinateur, un groupe séparateur, un refroidisseur par mise en suspension dans un gaz pour la matière dérivée et un tuyau de gaz reliant le séparateur à un échangeur de chaleur, la figure 2 est un schéma à blocs de la même installation que sur la-figure 1, mais cependant avec décharge du courant partiel de gaz dérivé par l'intermédiaire d'un bypass. La figure 1 représente l'installation de calcina- tion comportant un groupe de cyclones 1, II, III formant la zone de préchauffage, un calcinateur comportant la voie de réaction 1 et le cyclone séparateur IV, un four tubulaire rotatif 2 en aval duquel est placé un refroidisseur 3, ainsi qu'un conduit d'air tertiaire 4 chevauchant le four tubulaire rotatif Du tuyau de sortie de gaz 1 ' du calcin a- teur part, conformément à l'invention, un conduit de dériva- tion 5 qui débouche dans un séparateur 6 Celui-ci sépare le courant partiel gaz/matière solide dérivé en gaz et matière solide Celle-ci est canalisée à l'aide du conduit 7 jusque dans un refroidisseur 8 opérant par mise en suspen- sion dans un gaz Le refroidisseur 8 comporte les deux étages d'échange de chaleur agencés sous forme de cyclones 9 et 10 ainsi qu'un ventilateur intermédiaire 11 et un conduit d'aspiration d'air frais 12 agencé en forme de siphon Un conduit d'air tertiaire 13 alimenté par l'air chaud sortant du refroidisseur est prévu pour introduire l'air frais chauffé dans la voie de réaction 1 du calcinateur dans la zone du dispositif d'introduction de combustible 14. Le gaz séparé de la matière solide dans le séparateur 6 est renvoyé à l'aide du conduit 15 par exemple dans l'étage à cyclone II Dans ce conduit 15 se trouve un organe d'étran- glement 16 télécommandé, à l'aide duquel le débit pondéral du gaz recyclé est réglé de façon appropriée et ainsi la quantité du courant partiel gaz/matière solide qui est dérivée du calcinateur 1 au moyen du conduit de dérivation peut être réglée. La matière finement divisée qui est refroidie dans le refroidisseur 8 est transférée à partir du cyclone 10 au moyen du conduit 17 dans un groupe de refroidissement, d'extinction et mélange 18 et dans celui-ci, elle reçoit une addition d'eau provenant du conduit 19 et le cas échéant une addition de matières ayant des propriétés hydrauliques comme du ciment et/ou du laitier de haut fourneau broyé ou bien des additifs à propriétés pouzzo- laniques comme des cendres volantes de centrale thermique ou des pouzzolanes ou analogues et la chaux libre contenue dans le produit est éteinte par addition d'eau A la suite de ce groupe de refroidissement, d'extinction et de mélange 18 et également à la suite du groupe d'homogénéisation 20 servant à effectuer le post-traitemént final, il est prévu un conduit de dépoussiérage 21 qui aboutit à un épurateur de gaz 22 ( figure 2). L'installation de la figure 2 se différencie de celle de la figure 1 par le fait que le gaz obtenu dans le séparateur 6 est évacué de l'installation par l'intermé- diaire d'une chambre mélangeuse 23, d'un conduit de bypass 24, d'un épurateur de gaz de bypass 22 et de l'extracteur 25. La chambre mélangeuse 23 est reliée, pour un refroidissement du gaz obtenu à une température d'environ 800 'C dans le séparateur 6, à un conduit de gaz de refroi- dissement d'air frais 27 qui est pourvu d'un ventilateur 26 En outre un dispositif d'injection d'eau 28 débouche dans la chambre mélangeuse 23 De la poussière de bypass séparée du gaz et obtenue dans l'épurateur de gaz 22 est introduite au moyen du conduit 29, 29 ' dans le groupe de refroidissement, d'extinction et mélange 18 Le cas échéant de la poussière de bypass peut être mélangée en partie ou complètement au produit final 31 par l'intermédiaire du conduit de dérivation 30, auquel cas la poussière est introduite par le côté d'entrée du groupe d'homogénéisation Evidemment il est également possible d'utiliser exté- rieurement la poussière de bypass, par exemple sous forme d'engrais, auquel cas celle-ci, comme cela est connu, est sortie de l'installation et peut être conditionnée en correspondance à sa valeur commerciale. Grâce à l'invention, on arrive, d'une manière non compliquée et surprenante, à améliorer considérablement et à rendre exploitable le procédé et l'installation connus d'après la demande de brevet allemand DE-OS 28 15 161. On a éliminé d'une façon surprenante les difficul- tés rencontrées lors de la séparation d'un courant de matière finement divisée et chaude en ce qui concerne l'observation exacte des proportions pondérales En même temps on a mis en évidence des moyens permettant de refroidir le courant partiel dérivé sans difficultés et de recycler la quantité de chaleur transmise à l'air constituant l'agent de refroidissement, d'une manière efficace et au moins en majeure partie, dans l'installation En même temps on a mis en évidence un moyen pour éviter l'enrichissement en matières nocives du circuit intérieur de l'installation de calcination, en évitant alors presque complètement les inconvénients rencontrés classiquement et se manifestant par des pertes de matière et d'énergie A cet égard il faut citer comme autre avantage une possibilité d'utiliser efficacement les poussières de bypass produites dans un épurateur de gaz de bypass et enrichies dans la plupart des 2 o cas par des composés de chlorure alcalin et/ou de sulfate, en incorporant ces poussières, le cas échéant complètement ou partiellement aux liants hydrauliques faiblement calci- nés et prévus pour la préparation de mortier. Enfin on est arrivé sans difficultés à produire dans une seule et même installation de calcination deux produits différents constituant des liants hydrauliques, notamment du ciment et un liant de préparation de mortier, et notamment en utilisant d'une façon optimale les matières et l'énergie. Ainsi l'invention permet de résoudre d'une manière idéale le problème posé. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication de liants hydrauliques à partir de matières premières communes dans un processus de calcination, o un courant de matière première est amené à une zone de préchauffage sous une forme finement divisée et y est chauffé au roins jusqu'à environ 450 CC et y est déshydraté, et o le courant principal est ensuite divisé en au moins deux courants partiels dont l'un est transformé dans la suite du processus de calcination en klinker de ciment tandis que l'autre courant partiel est dérivé du processus de calcination, refroidi dans une zone séparée de refroi- dissement et utilisé pour la fabrication d'un liant hydrau- lique moins calciné, caractérisé en ce que, à partir du courant de gaz/matière solide passant dans l'installation dans une plage de températures comprise entre 450 *C et 950 C, on dérive un courant partiel qui est séparé dans un étage séparateur indépendant en matière solide et en gaz et en ce qu'on refroidit la matière solide et on la traite ultérieurement pour former un liant hydraulique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dérivation du courant partiel est effectuée à partir du courant de gaz/matière solide sortant du calcina- teur. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour le refroidissement de la matière solide, on utilise un refroidisseur opérant par mise en suspension dans un gaz et de l'air comme agent de refroidissement. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz séparé de la matière solide est à nouveau introduit dans un étage de l'échangeur de chaleur placé en aval - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz séparé de la matière solide est déchargé, dans le cas d'une forte teneur en substances nocives, dans un bypass. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la proportion du courant partiel par rapport au courant de gaz/matière solide est comprise entre 1 % et 30 z, de préférence entre 5 % et 20 %. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la régulation quantitative du courant de matière solide dérivé est effectuée par régulation quantitative du courant de gaz porteur. 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz évacué dans le bypass est refroidi au moyen d'air et le cas échéant par addition d'eau au moins jusqu'à condensation des substances nocives, en ce que les poussières de bypass contenues dans celui-ci sont séparées et en ce que celles-ci sont ajoutées le cas échéant au liant hydraulique. 9 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'air sortant du refroidisseur est introduit comme air tertiaire dans le calcinateur. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, pour le traitement de la fraction - matière solide essentiellement calcinée et non br lée sous forme de klinker afin de la transformer en liant hydraulique, on ajoute des matières d'addition ayant des propriétés hydrauliques ou pouzzolaniques et on les mélange ensemble pour former un mélange homogène, en ce que la fraction - chaux libre du mélange est éteinte avec de l'eau et en ce que celle-ci est ensuite à nouveau refroidie. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en. ce qu'on utilise comme matières d'addition ayant des proprié- tés hydrauliques du ciment et/ou du laitier de haut fourneau broyé et comme matières d'addition ayant des propriétés pouzzolaniques des cendres volantes de centrale thermique des pouzzolanes et matières analogues. 12 Installation pour la fabrication de liants hydrau- liques, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à Il dans une installation de calcination d'une matière finement divisée comportant un préchauffeur, un calcinateur, un groupe de brûlage de klinker, un refroidisseur de klinker ainsi qu'un dispositif pour transférer de la matière solide thermiquement pré- traitée entre un dispositif de préchauffage et une zone de klinker, caractérisée en ce que le dispositif comporte au moins un conduit ( 5) partant de la zone du calcinateur ( 1,1 ') pour assurer la décharge d'un courant partiel de gaz/matière solide, un groupe séparateur ( 6) ainsi qu'un refroidisseur ( 8) de matière solide finement divisée. 13 Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le refroidisseur ( 8) est un refroidisseur opérant à contre-courant et avec mise en suspension dans un gaz. 14 Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'il est prévu un conduit ( 7) reliant la sortie de matière solide du groupe séparateur ( 6) avec le refroidisseur ( 8) et dans lequel il est avantageusement prévu un organe d'arrêt de gaz ( 32). Installation selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisée en ce qu'il est prévu un conduit d'air tertiaire ( 13) reliant la sortie de gaz du refroidisseur ( 8) avec le calcinateur ( 1, 1 '). 16 Installation selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce qu'il est prévu un conduit de gaz effluent ( 15, 24) reliant la sortie de gaz du séparateur ( 6) avec un échangeur de chaleur ou avec un bypass. 17 Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que dans le conduit de gaz effluent ( 15), il est prévu un organe d'étranglement ( 16) qui-peut avantageusement être télécommandé. 18 Installation selon l'une des-revendications 12 à 17, caractérisée en ce que le refroidisseur ( 8) à contre courant et à mise en suspension dans un gaz comporte deux étages de cyclones ( 9, 10) et un tuyau de liaison ( 33) dans lequel est disposé un ventilateur ( 11) et le tuyau ( 7) partant du séparateur ( 6) débouche dans la partie du tuyau de liaison ( 33) qui relie le côté de refoulement du ventilateur ( 11) au premier étage de cyclone ( 9). 19 Installation selon la revendication 12 et la reven- dication 16, caractérisée en ce que la sortie de gaz du groupe séparateur ( 6) est reliée à une chambre mélangeuse ( 23), comportant un dispositif ( 26, 27) pour l'admission réglable d'air de refroidissement ( 28) ainsi que pour l'injection d'eau, auquel est relié un conduit de bypass ( 24) pourvu d'un épurateur de gaz de bypass ( 22). Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'il est prévu des qroupes ( 18, 20) branchés en aval du refroidisseur ( 8) pour l'extinction et l'homogénéisation du liant hydraulique, comportant au moins un mélangeur ( 18) et le cas échéant un dispositif d'injection d'eau ( 19)ainsi qu'un dispositif de post-traitement ( 20) du liant, auquel est relié un conduit de dépoussiérage ( 21) de vapeur chaude, qui débouche dans le tuyau de bypass ( 24) et qui est équipé d'un organe de réglage ( 34), pouvant de préférence être télécommandé, et il est en outre prévu un tuyau ( 29, 29 ', ) qui relie le volume collecteur de poussière de l'épu- rateur de gaz de bypass ( 22) auxdits groupes ( 18, 20).