Brevet FR2570619A1 — publié le 19860328

Pour calciner des matières minérales finement broyées, la solution la plus couramment utilisée actuellement consiste a traiter ces matières en suspension dans un courant gazeux produit par la combustion d'un combustible injecté dans un courant d'air ou d'un autre gaz contenant de ltoxygène. Pour améliorer le rendement thermique du procédé, on préchauffe les matières crues au moyen des gaz de combustion et on refroidit les produits calcinés au moyen d'air qui est ensuite utilisé comme air de combustion. Le préchauffage et le refroidissement sont effectués dans des échangeurs constitués par une série de séparateurs, généralement du type cyclone, qui sont reliés entre eux par des conduits de telle sorte qu'ils soient traversés en série par les gaz de traitement et par les produits à traiter circulant en sens inverses. Pour les installations de faible capacité, le prix de revient de ce type d'échangeur est relativement élevé et son rendement thermique n'est pas bon, en particulier parce que les pertes thermiques par les parois des conduits et des séparateurs sont importantes. Le but de la présente invention est de réaliser un appareil de traitement thermique de conception simple et, par conséquent, peu coûteuse et ayant un rendement thermique supérieur à celui des échangeurs à cyclones connus. L'appareil objet de l'invention est constitué par deux parois à section circulaire et à axe vertical disposées concentriquement de façon à former un passage vertical, à section annulaire, dans lequel les matières à traiter circulent de haut en bas par gravité tandis que les gaz de traitement y circulent de bas en haut, et est caractérisé en ce que la paroi extérieure porte des déflecteurs inclinés vers le bas, de la périphérie vers le centre, et s'étendant sur une partie importante de la largeur du passage, ces déflecteurs étant disposés de façon à obliger les gaz à suivre un trajet ascendant en hélice dans ledit passage, et en ce que ledit passage comprend une zone intermédiaire, dépourvue de déflecteurs, qui est équipée d'un dispositif pour injecter tangentiellement, dans le sens du courant de gaz, un combustible dans ledit passage, la partie supérieure dudit passage constituant un.préchauffeur oì les matières sont chauffées au moyen des gaz de combustion produits dans ladite zone intermédiaire et la partie inférieure du passage constituant un refroidisseur où les matières sont refroidies au moyen d'air frais introduit à la base du passage et admis ensuite dans ladite zone intermédiaire. Dans ladite zone intermédiaire, ledit passage à une section droite pratiquement constante sur toute sa hauteur. Dans sa partie inférieure, formant refroidisseur, la section droite du passage croit de bas en haut et dans sa partie supérieure, formant préchauffeur, elle décroît de bas en haut. Une entrée d'air tangentielle est prévue à la base dudit passage, cette entrée étant orientée de façon à engendrer un mouvement de rotation de l'air dans le sens imposé au courant des gaz dans ledit passage. Une sortie tangentielle, orientée dans le sens de circulation des gaz est prévue au sommet de l'appareil. Les matières à traiter sont introduites dans ledit passage, à sa partie supérieure, soit pneumatiquement par une entrée tangentielle orientée dans le sens de rotation des gaz, soit au moyen d'un dispositif de distribution : cône répartiteur, plateau rotatif, etc. Les matières traitées et refroidies sont évacuées à la base dudit passage. Les parois de l'appareil pourront être formées de plusieurs tronçons superposés et assemblés rigidement pour constituer un ensemble auto-porteur soutenu à sa partie inférieure par une charpente métallique ou en béton armé. Chaque tronçon sera formé d'une viroleod'un garnissage réfractaire ou calorifugée. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, un mode de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une 14 vue en coupe et une M vue en élévation d'un appareil pour la calcination de matières minérales conforme a l'invention; et La figure 2 est une vue en coupe transversale, agrandie, de la chambre de calcination de l'appareil de la figure 1. L'appareil représenté sur les dessins a la forme d'une tour et comprend une paroi extérieure 10 et une paroi intérieure 12 a section circulaire et à axe vertical, disposées concentriquement de façon à former un passage vertical, a section annulaire 14. Chaque paroi est formée de plusieurs tronçons superposés et assemblés rigidement, chaque tronçon étant constitué par une virole en tôle revêtue d'un garnissage réfractaire ou calorifugée. Les deux parois sont reliées entre elles par des bras radiaux, non représentés, de façon à former un ensemble auto-porteur qui est support6 par un fût central 16 et une charpente 18. La partie supérieure 20 de l'appareil constitue un préchauffeur, sa partie inférieure 22 constitue un refroidisseur et la partie intermédiaire 24 constitue une chambre de calcination. La section droite de la partie supérieure 20 croît de haut en bas, celle de la partie inférieure décroît de haut en bas et la partie intermédiaire a une section droite pratiquement constante sur toute sa hauteur. Dans les parties supérieure et inférieure de l'appareil, la paroi extérieure 10 est munie de déflecteurs 26 inclinés vers le bas, de la périphérie vers le centre, et s'étendant sur une partie importante de la largeur du passage 14. Ces déflecteurs peuvent être constitués par une ou plusieurs hélices rapportées sur la paroi 10 ou faisant partie intégrante du garnissage réfractaire de la paroi. Ils pourraient aussi être formés de segments d'anneaux disposés de façon à obliger le courant gazeux s'écoulant vers le passage 1 à suivre un trajet ascendant approximativement hélicoïdal. Des moyens pourront être prévus pour règler la largeur du passage ménagé entre le bord intérieur des déflecteurs et la paroi intérieure 12. On pourra, par exemple, réaliser les déflecteurs de telle sorte qu'il soit possible de modifier leur largeur et/ou leur inclinaison; on pourra aussi prévoir sur la paroi 12 d'autres déflecteurs inclinés en sens inverse et disposés sous le bord intérieur des déflecteurs 26 avec un espacement suffisant pour permettre le passage des matières à traiter, la position de ces déflecteurs pouvant être réglable. La section intermédiaire 24 est dépourvue de déflecteurs. Elle est équipée de deux brûleurs 28 disposés tangentiellement (voir figure 2) de telle sorte que la flamme soit dirigée dans le sens de rotation du courant gazeux circulant dans le passage 14 (flèche G). Une entre d'air tangentielle 30 est prévue à la base de l'appareil; elle est orientée de façon à engendrer un mouvement de rotation de l1air qui est transformé en un mouvement hélicoldal ascendant par les-déflecteurs 26. Une sortie tangentielle 32 orientée dans le sens de circulation du gaz est prévue au sommet de l'appareil. Les matières à traiter sont introduites pneumatiquement dans le passage 14, à sa partie supérieure, par une conduite 34 raccordée tangentiellement à la paroi 10. L'alimentation des matières premières pourrait aussi être réalisée au moyen d'un dispositif de distribution tel que cône répartiteur, plateau rotatif, etc ... Des moyens seront prévus pour éviter que les matières premières soient entraînées par les gaz vers la sortie 32. Les matières traitées sont collectées au bas du passage 14 dans des trémies 36 reliées à travers des sas un transporteur dléva-cuation 38. En fonctionnement, les matières à traiter introduites dans le passage 14 par la conduite 34 sont entraînées par les gaz dans leur mouvement de rotation et sont projetées par la force centrifuge sur la paroi 10 ; elles descendent alors par gravité en glissant le long de la paroi 10, puis du déflecteur 26 dont la pente doit être suffisante pour permettre ce glissement. Lorsqu'elles atteignent le bord intérieur du déflecteur elles tombent dans l'espace entre deux spires successives du déflecteur où elles sont réentraînées par les gaz et projetées à nouveau sur la paroi 10. Ce phénomène se reproduit un grand nombre de fois dans la zone 20 de sorte que les échanges thermiques entre les matières et les gaz chauds sont très intenses. Les gaz chaudsservant à chauffer les matières dans la partie supérieure de l'appareil sont produits dans la chambre de calcination 24, par combustion du combustible fourni aux brûleurs 28 et de l'air provenant de la partie inférieure 22 de l'appareil. Pendant leur séjour dans la chambre 24, les matières sont calcinées. La durée du séjour dépend notamment de la hauteur de la chambre et de la vitesse des gaz qui y circulent. Les matières calcinées sont refroidies dans la partie inférieure de l'appareil au moyen de l'air frais admis par ltentrée 30, les échanges thermiques dans cette zone se faisant de la même manière que dans la zone 20. De nombreuses modifications peuvent évidemment être apportées au mode de réalisation décrit et il est bien entendu que ces modifications entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le traitement thermique de matières minérales finement divisées constitué par deux parois à section circulaire et à axe vertical, disposées concentriquement de façon à former un passage vertical, à section annulaire, dans lequel les matières à traiter circulent de haut en bas par gravité tandis que les gaz de traitement y circulent de bas en haut, caractérisé en ce que la paroi extérieure (10) porte des déflecteurs (26) inclinés vers le bas, de la périphérie vers le centre, et s'étendant sur une partie importante de la largeur dudit passage (14), ces déflecteurs étant disposés de façon à obliger les gaz à suivre un trajet ascendant en hélice dans ledit passage, et en ce que ledit passage comprend une zone intermédiaire (24) dépourvue de déflecteurs et équipée d'un dispositif (28)pour injecter tangentiellement, dans le sens d'écoulement des gaz, un combustible dans ledit passage (14), la partie supérieure (20) dudit passage constituant un préchauffeur où les matières sont chauffées au moyen des gaz de combustion produits dans ladite zone intermédiaire et la partie inférieure (22) du passage constituant un refroidisseur oû les matières sont refroidies au moyen d'air frais introduit à la base du passage et admis ensuite dans ladite zone intermédiaire. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit passage (14) a une section droite pratiquement constante sur toute la hauteur de ladite zone intermédiaire (24). 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans la partie supérieure (20) ledit passage (14)a une section droite qui croit de haut en bas. 4. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans la partie inférieure (22) ledit passage (14) a une section droite qui décroît de haut en bas. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée d'air tangentielle (30) à la base dudit passage (14) et une sortie tangentielle (32) son sommet. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les matières à traiter sont introduites dans ledit passage (14), à son extrémité supérieure. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les parois (10, 12) sont formées de plusieurs tronçons superposés et assemblés rigidement pour former un ensemble auto-porteur supporté à sa partie inférieure par une charpente.