Brevet FR2581170A1 — publié le 19861031

Appareil de combustion noyée et procédé de calcination du gypse. La présente invention concerne un appareil de combustion noyée et un procédé de calcination du gypse. Plus particulièrement, l'invention concerne la calcination du gypse en sulfate de calcium hémihydraté par contact direct avec des gaz chauds de la combustion d'un gaz combustible en dessous de la surface de la masse du gypse. Ce procédé est connu comme procédé de combustion noyée pour la calcination du gypse. Le procédé et un appareil pour sa mise en pratique sont décrits dans le brevet britannique n 1 488 665. Le gypse introduit en continu dans un réacteur de calcination est chauffé indirectement par les parois du réacteur et directement par des gaz de combustion chauds provenant d'un tube noyé dans la masse de solides. L'agitation du gypse et des produits calcinés est assurée par le brassage provoqué par les gaz chauds et la vapeur libérée, ainsi que par un agitateur mécanique. Le gypse calciné est évacué au même débit que le gypse frais est introduit. La demande de brevet GB-A-2 045 219A décrit un appareil perfectionné pour la calcination du gypse selon le procédé de combustion noyée. Le fond tronconique du réacteur est conçu pour éviter que la matière calcinée s'y accumule et la "combustion à mort" concomitante de l'hémihydrate désiré en anhydrite insoluble. Le brevet britannique n 1 488 665 et la demande de brevet britannique n 2 043 219A précités décrivent tous deux l'emploi d'air en excès de la quantité nécessaire pour entretenir la combustion du combustible, afin d'ajuster la température des gaz de combustion et par conséquent la composition et les caractéristiques du produit calciné. La demande de brevet indique que le produit principal de la calcination est l'hémihydrate si la température de la masse de la matière soumise à la calcination est maintenue au voisinage de 140 C à 170 C (284 F à 338 F) et que le su]fate de calcium anhydre est le produit principal aux tepératures bien plus élevées. La pulvérisation d'eau dans les gaz de cmabustioa chauds soit avant, soit après contact des gaz avec le gypse en cours de calcination est indiquée dans la demande de br ev e t G B - A - 2 0 4 5 21 9 A comme moyen pour réduire la quantité d'anhydrite insoluble qui est formée lors de la calcination du gypse par le e- dé de combustion noyée. La quantité d'énergie ésare a la calcination d'une quantité donnée de gypse est cependant accrue car la majeure partie de la chaleur est utilisée pour évaporer l'eau et chauffer la vapeur. La production de l'hémihydrate à partir du gypse selon le procédé de combustion noyée est plus efficace dum point de vue de la consommation d'énergie que le pr"ccde classique dans lequel un réacteur de typse est chauffé uniquement par une flamme extérieure. Le coât d"mirestissemeut d'un réacteur classique dont les parois extérieures olivent résister presque en continu aux températures élevées de flammes est supérieur à celui de l'appareil employé Imrsque toute la chaleur est fournie directement à la oasse de gypse par des gaz de combustion chauds. Cependant, la formation de quantités excessives d'anhydrite, forées AMr combustion à mort, demeure un inconvénient principal lorsque l'on envisage la calcination du gypse selon le procédé de combustion noyée. L'éjection des gaz de comibustion hauds par le tube de combustion noyée crée un tourbillon dans lequel une partie du gypse déjà chauffé est réaspïrée de façon répétée, si bien que les particules tourbillonmsantes subissent un chauffage excessif entraînant une calcinatice à mort avant qu'elles s'échappent pour retourner dans la masse principale de solides. L'anhydrite insoluble est indésirable car elle se comporte essentiellement comme une charge inerte lors de la réhydratation de l'hémihydrate pour la réalisation de produits en plâtre. La présente invention fournit un procédé pour la calcination du gypse comprenant l'entraînement continu de gypse à travers l'anneau séparant un tube intérieur et un tube extérieur et son chauffage par insufflation de gaz chaud (par exemple de gaz de combustion d'un brûleur dans le tube intérieur) à travers le tube intérieur et dans le tube extérieur, afin d'abaisser la pression dans une zone du tube extérieur radialement adjacente à la sortie du premier tube, et l'évacuation du gypse calciné par le tube extérieur. Elle fournit également un procédé de calcination du gypse qui comprend le chargement de gypse non calciné dans un réacteur, l'introduction du gypse du réacteur dans un toroide formé par un tube de chauffage monté dans un tube d'aspiration qui s'étend en dessous de la surface de la masse de gypse dans le réacteur, l'entraînement du gypse à travers le toroide et son chauffage par insufflation axiale de gaz chaud par le tube de chauffage dans la portion du tube d'aspiration qui est plongée dans la masse de gypse, l'éva- cuation du gypse chauffé du tube d'aspiration et l'élimina- tion hors du réacteur du gypse calciné. Elle fournit de plus un procédé pour la calcination du gypse qui consiste à char- ger du gypse non calciné dans un premier tube monté dans un réacteur de calcination, brûler un mélange de combustible et d'air dans un second tube s'étendant partiellement dans le premier tube, entraîner la gypse à travers le toroide formé par le premier et le second tubes et chauffer le gypse par propulsion des gaz chauds produits par la combustion axialement hors du second tube dans le premier tube pour éjecter le gypse chauffé, tandis qu'il est calciné, du premier tube dans le réacteur et brasser le contenu du réacteur tandis que la calcination s'achève après quoi le gypse calciné est évacué du réacteur. Un appareil de calci- nation approprié selon l'invention comprend un brûleur, un premier tube communiquant avec le brûleur et ayant une sortie pour l'injection de gaz de combustion chauds du brûleur dans la matière à calciner, un second tube entourant le premier tube et s'étendant au-delà de la sortie du premier tube, le second tube ayant une entrée pour la matière à calciner et une sortie pour la matière calcinée, les deux tubes délimitant un passage pour la matière à calciner. L'invention fournit un procédé de combustion noyée pour la calcination du gypse dans lequel la formation d'anhydrite insoluble par combustion à mort et le recyclage du gypse calciné à travers les gaz de combustion chauds peuvent être réduits. Dans les modes de réalisation préférés, le gypse non calciné est introduit dans un réacteur de calcination par la zone d'injection de gaz de combustion; le gypse calciné est séparé de la zone d'injection de gaz de combus- tion et le courant de gypse non calciné est dirigé dans ladite zone. Le procédé de combustion noyée de l'invention peut assurer un bon rendement énergétique avec un taux élevé de production d'hémihydrate; il convient bien à la calci- nation de gypse contenant jusqu'à 20 % d'eau libre sans préséchage. L'invention comprend le fait d'entourer le tube de combustion d'un réacteur de calcination à combustion noyée d'un tube d'aspiration qui s'étend en dessous de l'orifice d'évacuation du tube de combustion, l'introduction en continu de gypse dans le réacteur, la combustion d'un mélange de gaz combustible et d'air dans le tube de combus- tion, l'évacuation des gaz de combustion chauds dans le gypse dans le tube d'aspiration, et l'évacuation continue du gypse calciné hors du réacteur. Le procédé et l'appareil de l'invention sont illustrés uniquement à titre d'exemple par la description qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un dessin schématique d'un appareil de calcination de l'invention, et la figure 2 est un dessin schématique d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Sur la figure 1 le réacteur 10 ayant un fond bombé 11 est muni d'un agitateur 12 qui est coaxial au réacteur, d'une entrée 14 d'introduction de gypse non calci- né et d'un tube de combustion 16 qui communique avec une conduite d'amenée d'air 18 et entoure un brûleur 20 auquel est raccordée une canalisation 22 d'alimentation en gaz combustible. Un tube d'aspiration 24 entoure le tube de combustion 16 et s'étend environ 60 cm (2 ft) au- delà de la buse 26 dudit tube 16; il s'arrête environ 30 à 90 cm (1 à environ 3 ft) de la paroi 11. Une sortie de gypse cal- ciné est assurée par la canalisation 23 qui conduit à un silo de stockage ou similaires. Le niveau de la matière dans le réacteur indiqué en 28 est maintenu essentiellement constant par introduction d'une quantité suffisante de pierre à plâtre ou similaires pour compenser le volume d'hémihydrate évacué par la canalisation 27. Les gaz de combustion résiduaires et la vapeur d'eau sont évacués du réacteur par la sortie 29. Le gypse non calciné peut être introduit directe- ment dans l'embouchure 30 du tube d'aspiration 24 lorsque la porte 32 est dans la position A ou peut être introduit de façon appropriée dans le réacteur par la goulotte 34 lorsque la porte 32 est dans la position B. On préfère cependant l'introduction directe du gypse dans l'embouchure car on est ainsi certain que tout le gypse est soumis à la température très élevée au niveau de la buse 26. Le niveau de la matière dans le réacteur peut néanmoins être au-dessus ou au-dessous de l'embouchure 30. Seule une petite fraction du gypse est chauffée au-delà du stade de l'hémi- hydrate car l'éjection des gaz de combustion par la buse 26 crée une chute de pression autour de la buse qui fait que les solides chauffés dans cette zone sont chassés du tube d'aspiration par la poussée violente des solides plus froids. Lorsqu'ils sont éjectés du tube d'aspiration, les solides calcinés rejoignent la masse tourbillonnante dans le réacteur proprement dit o ils sont refroidis à la température d'éva- cuation par trop-plein avec un recyclage minime dans la zone de gaz chaud. Sur la figure 2, le réacteur 40 a un fond 42 en tronc de cône inversé et un tube de combustion 44 coaxial au réacteur. La conduite 46 d'alimentation en gypse traverse le sommet 47 du réacteur et communique avec la goulotte 48 du tube d'aspiration 50 qui entoure le tube de combustion 44 et s'étend longitudinalement au-delà de la buse rétrécie 52 en laissant un intervalle d'au moins environ 38 mm (1,5 in) entre l'orifice d'évacuation 54 et le côté 55 d'un cône vertical coaxial de déflexion 56 fait d'un matériau résistant à la-chaleur. L'intervalle ne doit pas être si faible qu'il gêne l'écoulement du gypse au-delà de la buse 52. Le gaz combustible et l'air sont amenés au brûleur 62 respectivement par les canalisations 58 et 60. Le niveau normal de la masse soumise à la calcina- tion dans le réacteur 40 est indiqué par la ligne 64. Une sortie pour le gypse calciné est constituée par la canali- sation de trop-plein 66 et la canalisation d'évacuation 68. Le gaz d'échappement s'échappe du réacteur par la conduite qui est raccordée à un collecteur de poussières (non représenté). Les économies qu'assure le procédé de calcination par combustion noyée sont conservées et rendues plus inté- ressantes lorsqu'on utilise l'appareil de l'invention. La vitesse élevée des gaz provoque une chute de pression dans le tube d'aspiration et la pression atmosphérique, s'exerçant verticalement sur la surface du gypse, provoque son entraînement vers le vide partiel. Le gypse est chauffé à la température de calcination par les gaz chauds, et la masse bouillonnante des solides fluidisés est éjectée du tube d'aspiration. Les gaz chauds sont refroidis du fait qu'ils fournissent de la chaleur au gypse et l'ajustement minutieux du débit d'alimentation, du débit d'évacuation de l'hémi- hydrate et du débit du gaz combustible et de l'air maintient la température des solides dans la gamme des températures de 146 à 176 C (295 à 350 F) classiques pour la production de l'hémihydrate. Le recyclage de l'hémihydrate à travers la zone de gaz chaud est pratiquement éliminé et le temps de contact entre l'hémihydrate et le gaz chaud est minime. La formation d'anhydrite par combustion à mort est donc réduite au minimum. Un effet secondaire mais néanmoins important est assuré par le chauffage très rapide du gypse. L'hémihydrate produit par la calcination rapide est plus dispersible que celui produit par le procédé classique dans lequel la calci- nation est continue mais relativement lente dans les réacteurs chauffés par l'extérieur. Le tube d'aspiration peut avoir une section rectan- gulaire, circulaire ou elliptique et de préférence il a un profil en forme de colonne. On préfère une section elliptique ou circulaire car de petites quantités d'hémihydrate peuvent stagner dans les angles d'un tube rectangulaire. Le profil en forme de colonne, c'est-à-dire rectiligne, ménage autour du tube de combustion un anneau dans lequel une chute de pression efficace se produit. Comme illustré, l'embouchure du tube d'aspiration 24 peut être évasée à son sommet pour accroître la surface à partir de laquelle le gypse peut être poussé dans le tube par la pression atmosphérique non équilibrée au-dessus du tube. Tout évasement de la portion inférieure du tube d'aspiration relativement à la buse 26 ou 52 ne doit pas annuler la chute de pression provoquée par les gaz à grande vitesse chassés des buses qui sont de 2 5 8 1 1 70 préférence coniques comme représenté, afin d'accroître la vitesse. La surface de l'anneau entre le tube d'aspiration 24 ou 50 et le tube de combustion correspondant varie selon la taille du réacteur et le taux de production désiré. Elle dépend des diamètres du tube d'aspiration et du tube de combustion. L'intervalle entre les deux tubes peut être aussi faible qu'environ 1,25 cm (0,5 in) ou aussi élevé qu'environ cm (12 in) ou même plus. Le diamètre du tube de combustion est de préférence d'environ 40 à 90 cm (15 à 36 in) mais il peut être plus important ou plus faible selon le débit désiré. L'agitateur 12 est nécessaire dans le réacteur 10 à fond bombé, mais une agitation suffisante de la masse en cours de calcination est effectuée dans le réacteur tronco- nique 40 par l'éjection des solides et des gaz sortant du tube d'aspiration 50 et rebondissant sur le fond tronconique 42 et le cône 56. Un chauffage par l'extérieur du réacteur tronconique n'est pas nécessaire car la chaleur de la combus- tion noyée est répartie dans l'ensemble de la masse de solides par cette agitation. L'emploi d'un tube d'aspiration et d'un tube de combustion n'est pas limité à la calcination dans un réacteur comme décrit ci-dessus. Le tube d'aspiration lui-même peut délimiter les parois d'un récipient de calcination o du gypse brut broyé est introduit à une extrémité et le gypse calciné, de la vapeur d'eau et des gaz de combustion rési- duaires sont évacués à l'autre extrémité du tube d'entraîne- ment dans un cyclone, un dispositif de dépoussiérage à sacs, ou similaires o la vpeur et les gaz de combustion rési- duaires sont séparés avant que le gypse calciné soit dirigé dans les silos de stockage ou les mélangeurs de plâtre pour une chaîne de production de panneaux de revêtement. Les exemples suivants et les valeurs comparatives sont présentés pour mieux illustrer l'invention et démontrer les avantages de l'appareil et du procédé de l'invention. Les modes de réalisation particuliers présentés ne doivent pas être conçus comme des limitations de la portée de l'invention. EXEMPLES 1 à 6 On calcine de la pierre à plâtre (Plaster City) dans un réacteur 10 selon la figure 1 chauffé par l'extérieur comportant le brûleur 20, le tube de combustion 16 et le tube d'aspiration 24 que l'on chauffe par l'extérieur pendant 2 heures pour obtenir des conditions d'équilibre dans le réacteur avant l'allumage du brûleur 20. On poursuit ensuite la calcination en ajoutant de la pierre à plâtre fraîche et on élimine en continu le gypse calciné en maintenant le débit de gaz naturel à travers la canalisation 22 à chacune des valeurs indiquées dans le tableau 1 pendant environ 2 heures avant de passer à la valeur suivante. Le volume d'air alimentant le brûleur est supérieur à la quantité théorique nécessaire comme indiqué dans le tableau 1. Dans les exemples 1, 2, 5 et 6 l'embou- chure 30 du tube d'aspiration est en dessous de la surface de la masse de la matière soumise à la calcination, la pierre à plâtre est introduite dans le réacteur par l'entrée 14 et la porte 32 est dans la position B. La composition de la matière passant à travers le tube d'aspiration dans un tel dispositif est celle du contenu moyen dans le réacteur. Dans les exemples 3 et 4 la pierre à plâtre est introduite par l'entrée 14 et la porte 32 est dans la position A, si bien que la pierre à plâtre s'écoule à travers le tube d'aspiration. Cependant l'embouchure 30 du tube d'aspiration est également en dessous de la surface de la masse soumise à la calcination ce qui permet à une partie de la masse de passer à travers le tube d'aspiration avec la pierre à. plâtre fraîche. La température du gypse calciné lorsqu'il quitte le réacteur par la canalisation 27 est de 160 C (320'F) dans chacue exemple sauf indication contraire. Le pourcentage d'anhydrite soumise à une calcina- tion à mort dans le produit et le taux horaire de production figurent dans le tableau 1. La teneur en anhydrite ayant subi une combustion à mort du témoin est une moyenne des valeurs trouvées par analyse de trois échantillons prélevés pendant la calcination continue de pierre à plâtre dans le même réacteur, une semaine avant la calcination par combustion noyée décrite ci-dessus. Le brûleur 20 ne fonctionnait pas et le tube d'aspiration n'était pas en place pendant la calcination "témoin". TABLEAU 1 Exem- Débit du gaz Pourcentage de Taux de Excès d'air ple m3standard/mn produit ayant production % ( scf)** subi une combus- t/h tion à mort (ton/h) *** 1 0,69 (24,5) 1,63 8,8 (9,7) 300 2 1,10 (39) 1,53 10,2 (11,2) 300 3* 1,10 (39) 1,30 10,2 (11,2) 300 4 1,64 (58) 1,84 11,5 (12,7) 200 1,64 (58) 3,76 11,5 (12,7) 200 6 0,69 (24,5) 1,63 8,8 ( 9,7) - Témoin - 1,42 8,2 ( 9,0) - * Température de sortie = 157 C (3i5 F) ** 1 cfm = 2,8 x 10-2m3/mn. *** lton/h= 907 kg/h Par contraste avec ce qui précède, la calcination de pierre à plâtre Plaster City dans le même réacteur à chauffage externe à l'aide de gaz de combustion chauds sortant du tube de combustion 16 mais sans qu'un tube d'aspiration soit en place, donne les résultats figurant dans le tableau 2. TABLEAU 2 Débit du gaz Pourcentage de Taux de m3 standard/mn produit ayant produit Excès (S tm subi une combus-t/h d'air scfm tion à mort (ton/h) % 0,99 (35) 2,16 9,6(10,6) 320 0,99 (35) 2,74 9,6(10,6) 325 1,64 (58) 2,41 11,5(12,7) 320 1,64 (58) 3,13 11,5(12,7) 325 Comme le montrent ces résultats le taux de production élevé, qui rend si intéressante la calcination par combustion noyée, peut être obtenu avec une diminution notable de la quantité d'anhydrite ayant subi une combustion à mort lorsqu'un tube d'aspiration est placé autour du tube de combustion. La supériorité du mode de réalisation préféré de l'invention, c'est-à-dire avec chargement de la pierre à plâtre fraîche par le tube d'aspiration, ressort de la comparaison des résultats des exemples 4 et 5. Bien que des modes particuliers de réalisation aient été présentés et décrits, il reste entendu que des modifications peuvent être réalisées dans le cadre des revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Appareil de calcination comprenant un brûleur (20, 62),un premier tube (16, 44) communiquant avec le brûleur et ayant une sortie pour l'injection de gaz de combustion chauds du brûleur dans la matière à calciner et un second tube (24,50) entourant le premier tube et s'étendant au-delà de la sortie du premier tube, le second tube ayant une entrée (30, 48) pour la matière à calciner et une sortie pour la matière à calciner, lesdits tubes délimitant un passage pour la matière à calciner. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel le premier et le second tubes s'étendent dans un réacteur (10, 40) ayant un orifice d'évacuation (29, 70) et un orifice de déchargement (27, 68) de la matière calcinée. 3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel le réacteur (10, 40) a une conduite (14, 46) pour l'introduc- tion de la matière non calcinée, la conduite s'ouvrant direc- tement dans l'entrée du second tube et/ou dans le réacteur à distance de l'entrée du second tube. 4. Appareil selon la revendication 3 dans lequel la conduite (14) a deux branches de sortie, une dans l'entrée du second tube et l'autre dans le corps du réacteur, avec une porte (32) pouvant fonctionner de façon sélective pour fermer l'une ou l'autre des deux branches. 5. Appareil selon la revendication 2 dans lequel au moins la portion inférieure (42) du réacteur (40) est tronconique avec son petit diamètre situé vers le fond à partir duquel un déflecteur coaxial (56) résistant à la chaleur s'élève vers le premier tube (44), la sortie du premier tube ayant de préférence des parois convergentes. 6. Appareil selon la -revendication 5 dans lequelil existe un intervalle d'au moins 38 mm (1,5 in) entre la sortie du second tube (50) et le déflecteur (56). 7. Appareil selon l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel une conduite (46) d'alimentation en matière non calcinée communique avec le second tube (5)}. 8. Procédé pour la calcination du gypse compre- nant l'entraînement continu de gypse à travers l'anneau entre un tube intérieur (16, 44) et un tube extérieur (24, 50) et le chauffage de celuici par insufflation de gaz chaud (par exemple le gaz de combustion d'un brûleur (20, 62) dans le tube intérieur) à travers le tube intérieur et dans le tube extérieur, afin d'abaisser la pression dans une zone du tube extérieur radialement adjacente à la sortie du premier tube et l'évacuation du gypse calciné par le tube extérieur. 9. Un procédé de calcination du gypse qui comprend le chargement (14, 46) de gypse non calciné dans un réacteur (10, 40), l'introduction de gypse du réacteur dans un toroide formé par un tube de chauffage (16, 44) monté dans un tube d'aspiration (24, 50) qui s'étend en dessous de la surface (28, 64) de la masse de gypse dans le réacteur, l'entraînement du gypse à travers le toroide et son chauffa- ge par insufflation d'un gaz chaud axialement hors du tube de chauffage dans la portion du tube d'aspiration qui est plongée dans la masse de gypse, l'évacuation du gypse chauffé du tube d'aspiration et l'élimination (68) du gypse calciné hors du réacteur. 10. Procédé de calcination du gypse qui comprend le chargement (14, 46) de gypse non calciné dans un premier tube (24, 50) monté dans un réacteur de calcination (10, 40) la combustion d'un mélange de combustible et d'air dans un second tube (16, 44) s'étendant partiellement dans le premier tube, l'entraînement du gypse dans le toroide formé par le premier et le second tubes et le chauffage du gypse par propulsion des gaz chauds produits par la combustion axialement hors du second tube dans le premier tube pour éjecter le gypse chauffé, alors qu'il est calciné, du premier tube dans le réacteur et le brassage du contenu du réacteur pendant que la calcination s'achève, après quoi le gypse calciné est évacué (en 68) du réacteur.