Brevet FR2538521A1 — publié le 19840629

La présente invention se rapporte à un précalcina- teur pour la préparation de farine ou poudre brute de ciment. Divers types d'appareillage de production de ciment comprenant un précalcinateur pourvu d'une source de chaleur indépendante et interposé entre un dispositif de préchauffage en suspension et un four rotatif ont été proposés, et l'appa- reillage est caractérisé par le type du précalcinateur qu'il utilise. Parmi les appareillages de production de ciment, l'un d'entre eux dans lequel un lit soufflé ou fluidisé de farine brute de ciment est formé par les gaz d'échappement provenant du four pour la calcination de la farine brute pré- sente des avantages tels que 1) la construction de l'appareil lage est simple, 2) la perte de charge est relativement fai- ble, 3) étant donné que la farine brute est mise en circula- tion dans le lit soufflé, la durée de présence de la farine brute est relativement longue, et 4) étant donné que le con- duit des gaz d'échappement du four est relié au fond du pré- calcinateur, des matières étrangères telles que des revêtements formés dans le précalcinateur ou tombés d'un préchauffeur lors du fonctionnement de l'appareillage peuvent être déchar- gées dans le four. La figure 1 montre un exemple d'un appareillage de production de ciment de l'art antérieur du type ci-dessus décrit qui comprend un ventilateur d'extraction pour l'évacua- tion de tout le gaz contenu dans l'appareillage, des cyclones 2 à 5, un tuyau ou conduit 6 d'alimentation de la farine brute, un précalcinateur 7, un conduit 11 d'extraction des gaz provenant du four, un brûleur 9, un tuyau 8 d'alimenta- tion de la farine brute pour le précalcinateur 7, un conduit d'air tertiaire pour l'air tertiaire extrait d'un appareil de refroidissement 13 du clinker, un four rotatif 12, et un tuyau 15 d'alimentation de la farine brute. Les éléments entourés par la ligne en traits et points constituent un dispositif P de préchauffage. L'extrémité supérieure-du précalcinateur 7 est connectéeau cyclone inférieur 5 par l'intermédiaire d'un conduit 14 des gaz d'échappement provenant du précalcinateur, tandis que l'extrémité inférieure est reliée au conduit 11 d'amenéedes gaz d'échappement du four 12 Le fond du précal- cinateur 7 comporte une forme de cône inversé de sorte que le gaz s'échappant du four forme un lit soufflé ou fluidisé et la partie supérieure du précalcinateur 7 est cylindrique. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que les cyclones du dispositif de préchauffage P peuvent être rempla- cés par des échangeurs de chaleur de type à contre-courant connus. Avec une telle construction, la partie principale du courant d'alimentation de la farine brute dans le précalci- nateur descend le long de sa surface de paroi puis est alors soufflé vers le haut à partir du fond de la partie conique inversée par effet du gaz de soufflage s'échappant du four 12. Une partie de la farine brute soufflée vers le haut par le courant gazeux est entraînée vers la partie supérieure et s'échappe du précalcinateur, tandis que la partie restante diffuse en direction de la surface de paroi du précalcinateur et retombe à nouveau le-long de ces parois En conséquence, un courant de circulation de la farine brute est créé de fa- çon à augmenter la durée de présence de la farine brute dans le précalcinateur Ce phénomène est amélioré par l'introduc- tion de l'air tertiaire formant un courant giratoire La durée de présence nécessaire peut être maintenuepar la circulation de la farine brute. Le précalcinateur de l'art antérieur tel qu'illus- tré à la figuré 1 ayant un fond conique inversé et ue partie supérieure cylindrique présente les inconvénients suivants. Plus particulièrement, de manière-à assurer une durée de présence suffisamment longue du matériau en poudre brute dans le précalcinateur, il est nécessaire d'augmenter le rapport entre lesdiamètres de la partie cylindrique et l'embouchure de sortie du gaz d'échappement provenant du four 12 de façon à augmenter la charge de farine brute en circulation En conséquence, le phénomène de circulation de la farine brute se concentre principalement à la partie inférieure conique inversée, augmentant ainsi grandement la concentration de la farine brute en cet endroit et diminuant la concentration dans la partie supérieure. Ainsi, une zonedestagnation de la farine brute est créée dans la partie conique inversée Dans l'état normal, cette zone de stagnation équilibre le soufflage, mais lorsque le courant varie, la farine brute se concentre à l'orifice par lequel s'évacue le gaz d'échappement du four amplifiant la variation du courant circulant dans l'installation et pro- voquant la chute dans le four de farine brute non encore cal- cinée. De plus, étant donné que la région de combustion du combustible est proche du fond du cylindre, il est néces- saire de maintenir la concentration de farine brute dans cette région à une valeur élevée de manière à obtenir une calcina- tion efficace. Avec la construction décrite ci-dessus, cependant, la concentration de farine brute à l'endroit de la partie conique inverséeest extrêmement élevée tandis qu'elle est faible dans la partie cylindrique, de sorte qu'il est diffi- cile de maintenir un équilibre entre la chaleur de combustion et celle de calcination, provoquant par suite une région de température élevée locale qui tend à provoquer des dommages au revêtement de l'appareillage. De plus, à la base de la région de stagnation de la farine brute, étant donné que la farine brute n'est pas suffisamment mélangée avec le gaz, le transfert de chaleur entre le gaz et la farine est médiocre, ce qui diminue le rendement de réaction de calcination dans cette région Pour cette raison, même avec la même durée de présence moyenne, la durée de présence effective diminue en comparaison de ce qui se passe lorsque la dispersion de la farine brute est suffi- sante En conséquence, le rendement de calcination de la farine brute décroît De façon à augmenter ce rendementil est nécessaire d'augmenter le volume du précalcinateur. La localisation de la farine brute dans la partie conique inversée peut être évitée en diminuant l'angle du cône de la partie conique inversée, mais une telle construc- tion augmente la hauteur du précalcinateur. De plus, lorsque l'angle du cône de la partie coni- que inversée est réduit, la vitesse de chute de la poudre brute le long de la paroi de surface augmente, affaiblissant ainsi la fonction du gaz d'échappement provenant du four pour bloquer la farine brute et empêcher que de la farine brute non encore calcinée ait tendance à tomber dans le four Pour empêcher ce phénomène, il est nécessaire d'augmenter considé- rablement la vitesse de circulation du gaz soufflé s'échappant du four, ce qui conduit à un perte de charge accrue. Cette construction augmente la vitesse du gaz à la partie inférieure de la partie conique inversée, de sorte que la concentration de la farine brute diminue grandement, avec pour résultat quela région à température localement élevée augmente, provoquant par suite des dommages au revêtement. Comme décrit ci-dessus, avec le précalci-nateur de l'art antérieur, il a été très difficile de satisfaire simul- tanément aux exigences de durée de présence de la farine bru- te, d'uniformité de la distribution de la concentration-de la farine brute, d'une concentration convenable de la farine bru- te, d'une hauteur appropriée du précalcinateur, et de la ré- duction des pertes de charge. En conséquence, un objet de l'invention-est de pré- voir un précalcinateur perfectionné pour de la farine brute de ciment susceptible d'assurer une durée de présence suffi- sante de la farine brute, de créer une concentration adéquate de la farine brute, de donner une hauteur adéquate pour le précalcinateur, et de rendre uniforme la distribution de concentration de la farine brute, tout en minimisant les per- tes de charge. Conformément à l'invention, on prévoit un précalci- nateur pour de la farine brute de ciment du type dans lequel le précalcinateur est relié entre un four rotatif et un dis- positif de préchauffage en suspension pour la farine brute et qui est pourvu d'une source de chaleur indépendante, carac- térisé en ce que le précalcinateur est divisé en une partie supérieure et une partie inférieure, en ce que la partie su- périeure est formée d'un cylindre ayant un diamètre plus petit que le diamètre maximun de la partie inférieure, en ce que la partie inférieure est constituée par une partie infé- rieure conique inversée ayant son extrémité inférieure reliée au conduit d'alimentation des-gaz d'échappement du four, et une partie supérieure de forme conique inversée reliée à l'extrémité supérieure de la partie conique inversée infé- rieure, en ce que la partie conique supérieure inversée pré- sente un angle de cône inférieur à celui de la partie conique inversée inférieure, et en ceque l'extrémité supérieure de la partie conique inversée supérieure est reliée à l'extrémité inférieure de la partie supérieure à travers une ouverture de rétrécissement. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique représentant un appareillage de production de ciment conforme à l'art antérieur; la figure 2 est une vue de côté montrant un mode de réalisation d'un précalcinateur pour une farine brute de ciment conforme à l'invention; la figure 3 montre une vue faite en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une variante de la figure 3; la figure 5 est une vue de côté montrant un précal- cinateur modifié conforme à l'invention; et la figure 6 montre une variante du mode de réalisa- tion de la figure 5. On se reportera tout d'abord à un mode de réalisa- tion préféré de l'invention illustré à la figure 2 et dans lequel les éléments correspondant à ceux illustrés à la fi- gure 1 relative à l'art antérieur sont désignés par les mêmes références numériques. Dans ce mode de réalisation, le précalcinateur 7 est divisé en une partie supérieure 7 a et une partie infé- rieure 7 b, la première étant formée comme un cylindre droit, tandis que la seconde comporte une construction en deux étages. Ainsi, la partie inférieure 7 b comprend une première partie inférieure de-forme conique inversée 7 c et une seconde partie supérieure de forme conique inversée 7 d ayant un angle de cône inférieur à celui de la partie 7 c. L'extrémité supérieure de la partie conique inversée supérieure 7 d est reliée à l'extrémité inférieure de la par- tie supérieure 7 a par une embouchure formant rétrécissement 7 e L'extrémité supérieure de la partie supérieure 7 a est reliée au cyclone inférieur par le conduit 14 des gaz d'échappement du précalcinateur. Par cette construction en deux étages de la partie inférieure 7 b, la surface de la section transversale de la seconde partie supérieure conique inversée 7 d diminue progres- sivement vers le bas. En conséquence, une partie de la farine brute tom- bant le long de la surface interne de la partie supérieure 7 d de forme conique inversée est éntraînée dans un courant de gaz montant de sorte que les chances pour que la farine brute atteigne la partie inférieure conique inversée 7 c di- minuent. De plus, étant donné que le diamètre de la partie conique inversée 7 d augmente quand on s'élève dans l'appareil- lage, la vitesse du gaz diminue graduellement, vers le haut; la circulation de la farine brute est améliorée par suite de la dispersion de la farine brute en direction de la surface des parois et le mouvement de descente de la farine brute le long de la surface des parois Comme le rétrécissement 7 e est formé à la partie supérieure de la partie inférieure 7 b, la circulation de la farine brute dans la partie inférieure est en outre accélérée. -Pour cette raison, lorsqu'on compare avec une cons- truction dans laquelle la partie inférieure est constituée par un organe conique inversé et un organe cylindrique, la concentration dela farine brute à la base de l'appareil de- vient faible, tandis qu'elle devient élevée à la partie supérieure, grâce à quoi on rend uniforme la concentration de farine brute dans l'ensemble de la partie basse. Ce phénomène se produit lorsque le conduit d'air tertiaire 10 provenant du refroidiseur de clinker à la péri- phérie de la seconde partie 7 d de forme conique inversée est dirigé dans une direction tangentielle comme montré à la figure 3, lorsquiil-est dirigé dans la direction radiale, comme montré à la figure 4, ou lorsqu'il est dirigé dans une direction comprise entre les directions tangentielle et radia- le. Au lieu d'utiliser un seul conduit d'air tertiaire , on peut utiliser deux ou un plus grand nombre de tels conduits Les conduits 10 et 14 illustrés présentent une section transversale circulaire et peuvent être souvent remplacéspar des conduits ayant une section carrée ou rectangulaire. Lorsque la partie inférieure 7 b est construite en deux étages comme décrit ci-dessus, la farine brute peut être distribuée uniformément dans a partie inférieure 7 b de sorte que la quantité de farine brute en stagnation au voisinage du fond du précalcinateur peut être réduite, ce qui permet d'amé- liorer le contact entre le gaz et la farine brute L'angle du cône de la première partie conique inversée 7 c de la partie inférieure est de préférence compris entre 450 et 900. Lorsque l'angle du cône est inférieur à 450,la pos- sibilité de bloquer la farine brute dans cette partie diminue, de sorte qu'il serait nécessaire pour empêcher la farine brute non encore calcinée de tomber dans le four d'augmenter la vitesse du gaz soufflé au-delà d'une valeur nécessaire, ce qui provoquerait une augmentation des pertes de charge Lorsque l'angle du cône est supérieur: à 90 , le mouvement de la fari- ne brute dans cette partie se dégrade, provoquant des accumu- lations de farine brute ainsi que la formation de revêtements internes. L'angle du plus grand cône de la seconde partie conique inversée 7 d de la partie inférieure est plus petit que celui de la première partie conique inversée 7 c, et de préfé- rence compris entre 10 et 450. Lorsque cet angle est inférieur à 100, une localisa- tion extrême de la distribution de la concentration de la fa- rine brute apparaît comme décrit ci-dessus, tandisquesillangle augmente au-delà de 45 , la hauteur de la partie inférieure 7 b devient plus petite que son diamètre maximum de sorte que la distribution radiale de la vitesse axiale est considérable- ment augmentée Ceci conduit à une mauvaise distribution de la concentration de farine brute, au soufflage de farine brute non calcinée et à des amas de carbone non brûlés. Un ou plusieurs brûleurs 9 sont prévus pour la par- tie inférieure 7 b et le combustible amené à travers ces brûleurs brûle principalement dans la seconde partie en forme de cône invèrsé-7 d de façon à créer la température élevée recherchée du gaz En distribuant uniformément la farine brute dans cette région, la réaction de calcination s'effectue de façon efficace, améliorant ainsi le rendement de calcination. Par suite de l'absorption de chaleur provoquéepar la réaction de calcination, la création de régions à températures locales élevées peut être empêchée, conduisant à une distribution uni- forme des températures. En outre, la région de stagnation voisine du fond du précalcinateur dans laquelle la farine brute tend à stagner peut être réduite de sorte que la durée de présence effective de la farine brute dans les régions de réaction de calcination est augmentée, améliorant par suite le rendement de calcination. Etant donné que la quantité de farine brute stagnant au voisinage du fond du précalcinateur est faible, et que de plus l'état d'écoulement de la farine brute est stable, les pertes de charge aussi bien que la variation de pression dans cette région sontfaibles Même lorsque le courant d'écoulement varie par suite deperturbations, la farine brute ne se concen- tre pas à l'endroit du conduit de sortie des gaz d'échappement provenant du four et en conséquence la variation n'est pas amplifiée, ce qui fait que le fonctionnement reste stable. La gorge 7 e d'embouchure à l'extrémité supérieure de la partie inférieure 7 b peut être construite grande Dans- ces conditions, la charge de circulation de la farine brute est augmentée par suite de la collision des particules et de leur direction inverse, grâce à quoi est augmentéela durée de présence de la farine brute dans la partie inférieurede l'appareillage Ceci est particulièrement important lorsque l'on utilise un combustible solide ayant une faible vitesse de combustion De cette façon, étant donné que le combustible solide reste longtemps dans la partie inférieure 7 b, il se consume complètement dans le précalcinateur 7 Ainsi, la combustion ne se poursuit pas après le précalcinateur, ce qui évite des dommages pour le revêtement. Il est avantageux d'amener la farine brute dans la partie inférieure 7 b du précalcinateur via un tuyau (non représenté) relié à la gorge d'embouchure 7 e, mais, de façon très préférable, à l'intérieur du conduit d'air tertiaire 10 via un tuyau d'alimentation de farine brute 8 relié au pied du conduit 10 comme illustré au dessin, étant donné que l'ali- mentation de la farine brute peut être facilitée par l'écoule- ment d'air régnant dans le conduit 10 On peut prévoir un ou plusieurs orifices d'alimentation de la farine brute, et la farine brute peut être admise à l'intérieur du conduit d'air tertiaire 10 en mélange avec de l'air, à l'intérieur de la gorge 7 e ou directement dans la seconde partie 7 d conique in- versée, ou encore une combinaison de ces moyens peut être uti- lisée. La fonction principale de la partie supérieure 7 a est de calciner la farine brute non encore calcinée et d'effec- tuer la combustion du combustible qui n'a pas br lé La farine brute qui a été sensiblement complètement calcinée dans la partie inférieure 7 best vigoureusement mélangée avec le gaz dans la partie supérieure 7 a de façon à entrer en échange de chaleur pour la mise en oeuvre de la réaction de calcination, ce qui augmente encore le rendement de calcination. Dans la partie supérieure 7 a également, la farine brute qui s'élève est projetée en direction de la surface de paroi, créant -ainsi une circulation de farine brute tom- bant le long de la surface des parois. Etant donné que la partie supérieure 7 a est dessinée de façon que son diamètre soit plus petit que le diamètre maxi- mum de la partie inférieure 7 b, la vitesse de gaz moyenne est élevée et la distribution radiale de la vitesse axiale du gaz est rendue uniforme, de sorte que la charge en circulation est faible et la région de circulation est courte Lorsque la circulation se répète à travers cette région courte, les particules de farine brute sont classées selon la différence de dimension des particules ou la différence de densité provo- quée par le rendement de calcination, ce qui allonge la durée de présence dans l'appareillage de la farine brute non encore calcinée Etant donné que le diamètre de la partie inférieure de la partie supérieure 7 a n'est pas réduit, la farine brute mise en circulation dans la partie inférieure de la partie supérieure 7 a s'écoule en tombant dans la partie inférieure 7 b de façon à y être calcinée Ces phénomènes contribuent également à améliorer le rendement de calcination de la farine brute. La figure 5 montre une variante de réalisation modi- fiée de l'invention dans laquelle la partie supérieure 7 a est formée comme un cylindre et les diamètres à ses deux extrémi- tés sont réduits de façon à former des embouchures de rétré- cissement 7 f et 7 g L'embouchure 7 f est reliée au conduit 14 de gaz d'échappement du précalcinateur à travers une partiecylin- drique 7 h ayant un diamètre légèrement inférieur à celui de la partie supérieure 7 a Le conduit 14 est relié au cyclone inférieur;même avec cette construction modifiée, les perfor- mances des parties supérieure et inférieure 7 a et 7 b ne chan- gent pas. Cependant, étant donné que l'extrémité inférieure de la partie supérieure 7 a va en se rétrécissant, la largeur du rétrécissement 7 e à l'extrémité supérieure de la partie inférieure 7 b est augmentée, grâce à quoi la charge en circu- lation de farine brute dans la partie inférieure 7 b augmente. En outre, comme résultat de l'augmentation de la largeur de l'embouchure, l'écoulement de gaz provenant de la partie inférieure 7 b vers la partie supérieure 7 a est fortement agi- té La prévision de l'embouchure 7 f à l'extrémité supé- rieure de la partie supérieure 7 a améliore l'agitation à l'extrémité de sortie de la partie supérieure Ces fonctions contribuent à améliorer le rendement de calcination de la farine brute, ainsi qu'à assurer une combustion parfaite des particules de carbone non brûlées. Dans une variante du mode de réalisation de la fi- gure 5, la gorge 7 g est omise, comme illustré à la figure 6, les effets essentiels de l'invention étant atteints. 253852 t- Comme il a été décrit ci-dessus, conformément à l'invention, le précalcinateur est divisé en une partie su- périeure et une partie inférieure; la partie supérieure est formée de façon cylindrique-(éventuellement avec son extrémi- té supérieure ou ses extrémités supérieure et inférieure allant en se rétrécissant), et la partie inférieure est cons- tituée par une partie conique inférieure inversée et une par- tie conique supérieure inversée laquelle est reliée à l'extré- mité inférieure de la partie supérieure par l'intermédÈ?ire d'une ouverture ou d'une gorge de rétrécissement En conséquen- ce, il est possible d'augmenter la durée de présence de la farine brute dans l'appareillage, de maintenir la farine brute avec une concentration optimale, et de maintenir une distribution de concentration uniforme, tout en conservant une hauteur adéquate pour le précalcinateur, grace à quoi on obtient une calcination efficace de la farine brute de ciment. De plusil est possible de diminuer les pertes de charge et de minimiser l'effet des variations d'écoulement et de vitesse de circulation de la farine brute En conséquence, le précal- cinateur peut fonctionner de façon très stable. REVENDICATIONS 1 Précalcinateur pour farine brute de ciment du type dans lequel le précalcinateur est relié entre un four rotatif et un dispositif de chauffage en suspension pour la farine brute et est pourvu d'une source de chauffage indépen- dante, caractérisé en ce que ledit précalcinateur ( 7) est divisé en une partie supérieure ( 7 a) et une partie inférieure ( 7 b), la partie supérieure ( 7 a) a une forme de cylindre ayant un diamètre plus faible que le diamètre maximum de la- dite partie inférieure ( 7 b), la partie inférieure ( 7 b) est constituée par une partie inférieure conique inversée ( 7 c) avec son extrémité inférieure reliée au conduit ( 11) d'amenée du gaz d'échappement du four rotatif ( 12), et une partie coni- que inversée supérieure ( 7 d) reliée à une extrémité supérieure de ladite partie inférieure conique inversée ( 7 c), ladite partie conique supérieure inversée ( 7 d) ayant un angle de cône inférieur à celui de ladite partie conique inférieure inversée ( 7 c), et en ce que une extrémité supérieure de ladite partie supérieure conique inversée ( 7 d) est reliée à l'extré- mité inférieure de ladite partie supérieure ( 7 a) par l'inter- médiaire de moyensde rétrécissement ( 7 e). 2 Précalcinateur selon la revendication 1 caracté- risé en ce que les extrémités opposées de ladite partie supérieure ( 7 a) sont pourvues de moyens de rétrécissement ( 7 f, 7 g). 3 Précalcinateur selon la revendication 1 caracté- risé en ce que lesdits moyens de rétrécissement ( 7 e) compren- nent un rétrécissement présentant un diamètre allant graduel- lement en augmentant depuis ladite partie supérieure ( 7 a) jusqu'à ladite partie supérieure conique inversée ( 7 d). 4 Précalcinateur selon la revendication 2 caracté- risé en ce qu'il comprend en outre un organe cylindriqae ( 7 h) relié à l'extrémité supérieure de ladite partie supérieure ( 7 a) par l'intermédiaire dudit organe de rétrécissement ( 7 f), ledit organe cylindrique ( 7 h) ayant un diamètre inférieur à celui de ladite partie supérieure ( 7 a) et étant relié à un cyclone à travers un conduit ( 14) de gaz d'échappement du précalcinateur. Précalcinateur selon la revendication 1 carac- térisé en ce que l'extrémité supérieure de ladite partie supérieure ( 7 a) est pourvue de moyens de rétrécissement ( 7 f> 6 Précalcinateur selon la revendication 1 caracté- risé en ceque l'angle du cône de ladite partie conique infé- rieure inversée ( 7 c) est compris entre environ 45 et 90 et l'angle du cône de ladite partie supérieure conique inversée ( 7 d) est compris entre environ 10 et 45 . 7 Précalcinateur selon la revendication 1 caracté- risé en ce qu'il comprend un conduit d'air tertiaire ( 10) relié à ladite partie conique inversée supérieure ( 7 d) et un tuyau ( 8) d'amenée de farine brute relié audit conduit d'air ( 10). 8 Précalcinateur selon la revendication 1 caracté- risé en ce qu'il comprend en outre un tuyau d'amenée de farine brute relié auxdits moyens de rétrécissement ( 7 e).