Brevet FR2538372A1 — publié le 19840629

L'invention porte sur un procédé de traite- ment thermique de matières premières minérales, en particulier pour la fabrication de clinker de ciment Les matières pre- mières sont préchauffées l'une après l'autre dans au moins deux systèmes de préchauffage montés en parallèle, en parti- culier des systèmes à échangeur de chaleur Lors de cette opération, elles sont calcinées, en particulier partiellement, elles sont entièrement calcinées et frittées dans un système de calcination et, enfin, refroidies dans un dispositif de refroidissement. L'invention porte en outre sur une instal- lation de traitement thermique de matières Premières minérales, en particulier pour la fabrication de clinker de ciment, cons- tituée par au moins deux systèmes de préchauffage montés en parallèle, un système de calcination et un dispositif de refroidissement. Par le fascicule publié de la demande de brevet allemand DE-A 2 933 289, il est connu que l'on peut, dans une installation de fabrication de ciment, raccorder en parallèle deux systèmes de préchauffage, à savoir une grille mobile et un échangeur de chaleur à cyclone pour alimenter, avec les matières premières qui y ont subi un traitement préalable, un four rotatif tubulaire en aval duquel se trouve un refroidisseur de clinker La grille mobile et l'échangeur de chaleur à cyclone sont équipés de dispositifs servant à amener du combustible supplémentaire, dispositifs qui sont placés dans des conduites de gaz qui les relient au refroidisseur de clinker En outre, on ajoute, au mélange de matières premières qui pénètre directement dans le four rotatif tubulaire, du combustible en morceaux, par exemple du charbon de basse qualité, des vieux pneus, des ordures ménagères et autres Les gaz rejetés par le refroidisseur du clinker servent ainsi de source d'air de-combustion au four rotatif tubulaire, à la grille mobile et à l'échangeur de chaleur à cyclone Tandis que les gaz de fumée de la grille mobile sont évacués de l'installation d'ensemble, les gaz de fumée qui quittent l'échangeur de chaleur à cy- clone sont utilisés dans une installation de séchage-broyage 2538372- pour les matières premières du ciment devant subir un traite- ment thermique La conception de l'installation et du procédé décrite ici a pour but d'augmenter la production d'une ins- tallation existante à grille mobile, four rotatif tubulaire et refroidisseur du fait qu'un système de préchauffage sup- plémentaire avec possibilité de précalcination, à savoir un échangeur de chaleur à cyclone, est adjoint à la grille mobile. Le but de l'invention est de créer un pro- cédé et une installation du genre indiqué plus haut de façon à améliorer les possibilités d'utilisation de combustibles de qualité inférieure, notamment des combustibles comportant des produits nocifs En particulier, les perturbations de la marche du four causées par des produits nocifs contenus dans ces combustibles doivent être supprimées dans la plus large mesure possible Ce but est atteint, selon le procédé, grâce au fait qu'au moins un système de préchauffage est alimenté en matières premières comportant un ou plusieurs combustibles ou avec un mélange de matières premières, ses gaz de fumée ou ceux du système de combustion, ou ceux du dispositif de refroidissement, ou les uns et les autres étant amenés à un autre système de préchauffage et les résidus de combustion servant de partie constitutive lors de la fabrication du clinker de ciment, ou bien ils sont évacués du système La fabrication d'un mélange de matières premières comportant un ou plusieurs combustibles, mélange avec lequel on alimente un système de préchauffage pour ob- tenir une calcination partielle des matières premières avant qu'elles pénètrent dans le système de calcination, assure un temps de séjour suffisant du composant combustible dans le système de préchauffage Ainsi, la combustion de cet élément constitutif combustible est déjà largement achevée dans le système de préchauffage Dans au moins un système de pré- chauffage, on peut donc profiter de la chaleur des gaz de fumée d'un autre système de préchauffage ainsi que de ceux du système de calcination et du dispositif de refroidissement, et ce de préférence dans des proportions variables La me- sure dans laquelle une telle utilisation est possible en pratique dépend principalement des produits nocifs à la présence desquels il faut s'attendre dans les gaz de fumée, aussi bien ceux du système de préchauffage alimenté avec ce mélange de matières premières comportant du combustible que ceux du système de calcination On a ainsi une grande souplesse en ce qui concerne l'utilisation de ces gaz de fumée, qui sont utilisés uniquement dans une mesure telle que cela soit compatible avec une marche sans incident du four ainsi que du reste de l'installation. Dans l'un des modes de réalisation de l'in- vention, on utilise, comme matières premières comportant des combustibles, de la gangue stérile de charbon, des schistes bitumineux, des déchets et des combustibles comparables de qualité inférieure On peut alors obtenir des résidus de combustion ou des scories, en fonction de la composition de ces: matières premières, qui-ne peuvent pas être incorporés au produit calciné, le clinker de ciment Il est donc né- cessaire, le cas échéant, d'éliminer les scories indésirables avant l'introduction dans le système de calcination et, ainsi, avant le malaxage avec les matières premières prélevées dans l'autre système de préchauffage. Selon un autre mode de réalisation de l'in- vention, les gaz rejetés par le système de calcination ou au moins par l'un des systèmes de préchauffage, ou les deux, sont prélevés, au moins en partie, et ils sont encore uti- lisés après l'élimination des produits nocifs ou le dépous- siérage, en particulier pour le séchage-broyage de matières premières ou decombustibles solides, ou les deux Parmi les produits nocifs, il faut citer par exemple les chlorures, les hydroxydes et des sulfates d'éléments alcalins tels que le sodium et le potassium qui, on le sait, sont vaporisés au moins en partie dans la zone de frittage du système de calcination, parviennent avec les gaz rejetés dans des zones plus froides, à savoir le système de réchauffage, s'y condensent pour être ensuite ramenés dans le four rotatif tubulaire Avec l'invention, on a maintenant la possibilité, en fonction du contenu des gaz rejetés du système de calcination ou du système de préchauffage alimenté avec les matières premières comportant le combustible, ou des deux, de prélever une part variable de ces gaz rejetés, cette part pouvant aller jus- qu'à 100 % à la limite, et de l'utiliser seulement après l'éli- mination des matières nocives qui s'y trouvent On a ainsi une grande souplesse, même pour une composition variable de l'ensemble des combustibles et des matières premières employés. D'autres avantages et particularités de l'invention figurent dans l'exemple de réalisation cidessous, représenté par un schéma synoptique. Un four rotatif tubulaire 1 sert à la fabri- cation de clinker de ciment; il est alimenté, suivant les flèches 2 et 3, en matièrespremières préchauffées et au moins partiellement calcinées provenant d'un échangeur de chaleur 4 à cyclone et à quatre étages et d'une grille mobile 5 _ Les matières premières sont amenées à la grille mobile 5 et au -15 préchauffeur à cyclone 4, ainsi que-l'indiquent les flèches a et 6, sous forme de farine crue ou de granulés Il se produit dans le four rotatif tubulaire 1, outre une calcina- tion complète, le frittage des matières premières donnant du clinker de ciment Ce clinker est amené, suivant la flèche 7, à un dispositif de refroidissement 8, et il arrive, en tant que produit intermédiaire refroidi, au point 9, après quoi il est envoyé à un broyeur qui n'est pas repré- senté. Les flèches 10 et il désignent des arrivées de combustible au four rotatif tubulaire 1 ou à l'échangeur de chaleur à cyclone 4 Suivant l'invention, le combustible est amené à la grille mobile 5 en même temps que la matière première, dans le sens de la flèche 6, ou séparément, dans le sens de la flèche 61 Outre les matières premières à traiter, le mélange contient, comme-combustible, de préférence des combustibles de qualité inférieure, des ganguesstériles de charbon, des déchets, du schiste bitumineux, etc Au moins l'un des systèmes de préchauffage, par exemple la grille mobile 5, est pourvu d'un dispositif d'évacuation de matières 12. Les lignes tracées en trait interrompu représentent des conduites de gaz. 2538372 i L'air qui pénètre dans le dispositif de refroidissement 8 selon la flèche 13 est partiellement utilisé, ainsi que l'indique la flèche 14, comme air de combustion dans le four rotatif tubulaire 1 Les gaz de fumée qui quittent ce four se déplacent ensuite dans l'échangeur de chaleur à cyclone 4, en sens inverse de la farine crue qui tombe, et qui doit subir ici un traitement thermique, puis ils sont évacués par un conduit de fumée 15 L'utilisation ultérieure de ces gaz de fumée peut se faire, par exemple, dans une installation de broyage-séchage de charbon ou de matières premières de ciment, ou dans un autre dispositif 16 duuti- lisation des gaz de fumée. Une partie des gaz de fumée qui quittent le dispositif de refroidissement 8 parvient, par une conduite de gaz 17, en évitant le four 1, directement dans la conduite de gaz 18 qui va elle-même directement à l'échangeur de cha- leur à cyclone 4, tandis qu'une autre conduite de gaz 19 mène à la grille mobile 5, également en évitant-le four 1 De cette façon, les conduites de gaz 17 et 19 fournissent au moins une partie de l'air de combustion nécessaire à la grille mobile 5 et à l'échangeur de chaleur à cyclone 4 Une autre conduite de gaz 20 évacue l'air excédentaire du dispositif de refroidissement 8; elle comporte une conduite 21 de dérivation qui conduit à un point d'alimentation 23 pour air ambiant; la conduite de gaz 19 y est églament branchée. La flèche 24 indique l'arrivée d'air ambiant, qui peut être ajouté et mélangé, en quantités réglables, à l'air de combus- tion amené à la grille mobile 5 De cette façon, on peut régler de façon précise non seulement la quantité d'air de combustion amenée à la grille mobile, mais aussi la tempé- rature de cet air. Pour plus de clairté, les éléments de ré- glage du débit ne sont pas représentés Cependant, les points o ils sont montés et leur fonction résultent de la description. Une conduite de dérivation 25 part du point 26, donc à proximité immédiate de la sortie des gaz du four rotatif tubulaire 1 Cette conduite de dérivation 25 peut absorber des quantités variables de gaz de fumée qui quittent le four 1 et les amener à un bipasse 27 dans lequel ces gaz 2538372 i sont, entre autres, dépoussiérés ou débarrassés des produits no- cifs et amenés, suivant la flèche 28, vers une autre utilisation. La flèche 29 désigne une conduite d'évacuation des poussières retenues dans le bipasse 27 Suivant l'invention, on a la possi- Iilité d'amener à ce bipasse 27 l'ensemble des gaz de fumée du four Cette mesure est nécessaire, entre autres, dans le cas des gaz de fumée fortement chargés en vapeurs contenant des éléments alcalins et d'autres matières nocives, afin d'empêcher qu'il y ait une circulation de ces matières entre l'échangeur de chaleur à cyclone 4 et le four rotatif tubulaire 1 Il existe une possi- bilité de tirer parti des gaz rejetés par le bipasse 27, en uti- lisant la chaleur, par exemple pour une installation de broyage- séchage Dans ce cas, le préchauffeur à cyclone 4 ne reçoit pour ainsi dire que les gaz très chauds rejetés par le dispo- sitif de refroidissement 8, au moyen d'une conduite de gaz 17, ainsi que les gaz très chauds rejetés par la grille mobile 5. Au point 31 d'une conduite de gaz 30 menant de la grille mobile 5 à la conduite de gaz 18 est branchée une conduite de dérivation 32 menant à un système 33 d'éli- mination des matières nocives Cette conduite de dérivation 32 permet d'évacuer des proportions variables de gaz rejetés par la grille mobile 5, à la limite jusqu'à 100 %, et de les conduire vers une autre utilisation, par une conduite d'éva- cuation 35, après l'élimination des produits nocifs se trouvant dans ces gaz et qui sont évacués du système 33 d'éli- mination des matières nocives suivant la flèche 34 Les produits nocifs qui sdnt séparés ici du gaz qui s'écoule peuvent être, entre autres, les éléments alcalins déjà men- tionnés qui se trouvent dans la phase vapeur ou les produits nocifs formés lors de la combustion Ces mesures garantissent que les gaz amenés à l'échangeur de chaleur à cyclone 4 en tant que fluide caloporteur ou en tant qu'air de combustion sont, dans une large mesure, exempts de produits nocifs qui, autrement, se condenseraient, dans cette zone, sur des parti- cules de farine crue moins chaude et parviendraient à l'inté- rieur du four rotatif tubulaire 1. Le procédé et l'installation comportant le parcours de gaz conforme à l'invention se caractérisent par une grande souplesse, en particulier en face de concentrations variables de produits nocifs dans les gaz rejetés par les différentes parties de l'installation; les produits nocifs 2538 372 peuvent être éliminés du système d'une façon sûre, de sorte qu'il ne peut pas y avoir de phénomènes nuisibles, par exem- ple la formation de dépôts dans le four, des augmentations de concentration d'éléments alcalins ou des concentrations inacceptables de SQ dans le clinker, etc Cette souplesse assure aussi l'utilisation des constituants les plus divers, comportant des combustibles, pour les matières premières, -comme les gangues stériles de, charbon, le schiste bitumineux et autres déchets dont les résidus oxydés sont amenés, au moins en partie, vers le processus de frittage et peuvent être liés dans le produit calciné, au clinker de ciment. e -*Le procédé de l'invention est utilisable avec succès, en particulier dans le cas d'installations existantes dans lesquelles la productivité d'un four rotatif tubulaire à grille mobile existant a déjà été augmentée par un échangeur de chaleur à cyclone installé en supplément. 2538372 i REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique de matières premières minérales, en particulier pour la fabri- cation de clinker de ciment, les matières premières étant préchauffées dans au moins deux systèmes de préchauffage dis- tincts et séparés, à savoir une grille mobile ( 5) et un échan- geur de chaleur à cyclone ( 4), tout en étant partiellement calcinées, après quoi elles sont entièrement calcinées et frittées dans un système de calcination ( 1), puis refroidies dans un dispositif de refroidissement ( 8), caractérisé en ce que l'un des systèmes de préchauffage (grille mobile 5) est alimenté en matières premières contenant un ou plusieurs combustibles ou en un mélange de matières premières conte- nant un ou plusieurs combustibles, les gaz qu'il rejette ou les gaz rejetés par le système de calcination ( 1) ou ceux du dispositif de refroidissement ( 8), ou les et les autres, étant amenésà l'autre système de préchauffage (échangeur - de chaleur à cyclone 4) et les résidus de combustion servant de constituant lors de la fabrication du clinker de ciment ou étant évacués du système. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par des matières premières telles que des gangues stériles de charbon, des schistes bitumineux, des déchets et des combustibles comparables de qualité inférieure. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les gaz de fumée du système de calcin- nation ( 1) sont prélevés au moins en partie et utilisés après l'élimination des produits nocifs, en particulier pour le broyage-séchage de matières premières ou de combustibles, ou les deux. 301 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que les gaz rejetés par le système de préchauffage alimenté en matières pre- mières contenant un ou plusieurs combustibles ou avec le mé- lange de matières premières contenant un-ou plusieurs combus- tibles sont prélevés au moins en partie et, après l'élimi- nation des produits nocifs ou le dépoussiérage, utilisés, en particulier pour le broyage-séchage de matières premières ou de combustibles,ou les deux. 5. Installation de traitement thermique de matières premières minérales, en particulier pour l'appli- cation du procédé de fabrication de clinker de ciment conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, cons- tituée par au moins deux systèmes de préchauffage ( 4,5) montés en parallèle, un système de calcination ( 1) et un dispositif de refroidissement ( 8), caractérisée en ce qu'au moins l'un des systèmes de préchauffage est regroupé, du côté des gaz rejetés, avec le système de calcination ( 1) et, du côté de l'entrée des gaz, raccordé à au moins un autre sys- tème de préchauffage. 6. Installation selon la revendication 5, caractériséeen ce que le dispositif de refroidissement ( 8) est relié, du côté des gaz rejetés, au système de calcina- tion ( 1) et, en contournant le système de calcination, de préférence à tous les systèmes de préchauffage ( 4,5). 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le système de calcination ( 1) ou au moins un système de préchauffage supplémentaire, ou les deux, sont équipés, du côté des gaz rejetés, de conduites de prélèvement ( 25, 32) reliées à un système de bipasse ( 27) ou à un système d'élimination des produits nocifs ( 33), ou aux deux. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par une grille mobile ( 5) et un échangeur de chaleur à cyclone ( 4) jouant le r 1 le de systèmes de préchauffage, branchés en parallèle, et par un four rotatif tubulaire ( 1) et un dispositif de refroidis- sement ( 8). 9 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une conduite de gaz ( 19) reliant le dispositif de refroidissement ( 8) à la grille mobile ( 5) est équipée d'un point d'alimentation ( 23) pour l'air ambiant. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce qu'au moins l'un des systèmes de préchauffage est pourvu d'un dispositif d'éva- cuation de matières ( 12).