Brevet FR2599826A1 — publié le 19871211

La présente invention a pour objet un procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche comprenant une chambre de précalcination o la matière première est au moins partiellement décarbonatée, 5 un four tubulaire rotatif équipé d'un brûleur à son extrémité de sortie du clinker, un échangeur de chaleur o la matière première est préchauffée au moyen des gaz d'échappement du four rotatif et de la chambre de précalcination et un refroidisseur de clinker. Ces installations sont généralement équipées de régulateurs qui règlent les débits de combustibles fournis à la chambre de précalcination et au four de façon à maintenir certains paramètres égaux à des valeurs de consigne. On a, en particulier, proposé de régler le débit 15 de combustible fourni à la chambre de précalcination de façon à maintenir constant le taux de décarbonatation de la matière première à la sortie de la chambre, et de régler l'alimentation en combustible du brileur du four de façon à maintenir à une valeur de consigne une grandeur 20 représentative de la qualité du clinker, qui généralement est la température dans la zone de clinkérisation du four. S'il se produit dans la partie amont de l'installation une modificationdes conditions de marche, résultant d'une perturbation accidentelle ou d'un ordre 25 donné par un opérateur, il faudrait, pour conserver au clinker la qualité imposée, que les conditions de marche du four, notamment la quantité de chaleur fournie, soient aussi modifiées. Or le régulateur du débit de combustible fourni au four n'a connaissance de ces modifications qu'au bout d'un délai relativement long, égal au temps mis par la matière pour aller de l'entrée du four à la zone de 5 clinkérisation, et ne réagit qu'à ce moment-là. Mais la matière introduite dans le four pendant tout ce délai n'aura pas été soumise à des conditions de traitement normales et le clinker produit à partir de cette matière n'aura pas la qualité voulue. Le but de la présente invention est de permettre la prise en compte des modifications des paramètres essentiels de marche de l'installation dès leur apparition, pour la détermination de la valeur de consigne du débit de combustible. Le procédé objet de la présente invention consiste à - calculer la quantité de chaleur théorique qui doit être fournie au four en fonction des caractéristiques de la matière première (débit, titre) et du combustible -(PCI, densité, teneur en cendres), des-- caractéristiques visées 20 pour le clinker (teneur en chaux libre) et de paramètres caractérisant la marche de l'installation (taux de décarbonatation à la sortie de la chambre de précalcination, teneur en 02 des gaz d'échappement de la chambre de calcination et du four), - calculer une valeur de consigne du débit de combustible fourni au four correspondant à la valeur calculée de la quantité de chaleur à fournir au four, - modifier progressivement la valeur de consigne actuelle du régulateur de débit de combustible fourni au four pour l'amener à la valeur de consigne calculée, l'allure des 5 variations imposées à la valeur de consigne dépendant des conditions du traitement thermique de la matière et de leur temps de séjour dans le four, et - recommencer périodiquement ces opérations à des intervalles de temps rapprochés, par exemple de l'ordre de 10 une minute au moins. La quantité de chaleur fournie au four pourra être obtenue en calculant une quantité de chaleur théorique, nécessaire pour amener la matière première à l'état de clinker, et en retranchant de cette grandeur la quantité de 15 chaleur fournie à la chambre de précalcination. La quantité de chaleur théorique totale sera calculée à partir d'une quantité de chaleur théorique totale nominale prédéterminée à partir de données expérimentales ou au moyen d'un modèle mathématique pour des valeurs 20 nominales des différents paramètres de calcul, et de coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les valeurs mesurées et les valeurs nominales des paramètres de calcul. La quantité de chaleur fournie à la chambre de 25 précalcination pourra être calculée de la même manière, à -4 partir d'une valeur théorique nominale et de coefficients correcteurs, ou à partir d'une mesure du débit de combustible consommé dans la chambre. La valeur de consigne calculée pour le débit de 5 combustible à fournir au four pourra être corrigée en fonction de l'écart entre la valeur mesurée et la valeur de consigne d'une grandeur représentative de la qualité du clinker, notamment de sa teneur en chaux libre. On pourra, en particulier, effectuer cette correction en fonction de 10 la température apparente du clinker à la jetée du four conformément au procédé objet du brevet 85.03660. La modification progressive de la valeur de consigne du régulateur de débit de combustible fourni au four pourra être réalisée en envoyant au régulateur un signal 15 proportionnel à la valeur de consigne calculée et distribué au régulateur par une fonction qui permet de prendre en compte l'histoire thermique de la matière dans la four, par exemple au moyen d'un filtre du second ordre. La description qui suit se réfère aux dessins qui 20 l'accompagnent et sur lesquels: La figure 1 est le schéma, donné à titre d'exemple, d'une installation de fabrication de clinker de ciment en voie sèche équipée d'un système de régulation permettant la mise en oeuvre de l'invention; et La figure 2 est une courbe des variations en fonction du temps de la valeur de consigne du régulateur de débit du combustible. - 5. Cette installation comprend un échangeur à cyclones 1 à 8, une chambre de précal.cination 10 à laquelle est associé un cyclone 9, un four tubulaire rotatif 12 et un refroidisseur à clinker 14. L'échangeur comprend une 5 première ligne de cyclones 2, 3, 4, 5 qui sont traversés par les gaz d'échappement du four 12 et une seconde ligne de cyclones 1, 6, 7, 8 qui sont traversés par les gaz d'échappement de la chambre 10. La matière première crue, sous forme de farine, est 10 introduite en A et Bdans les étages supérieurs des deux lignes de cyclones, chauffée par les gaz d'échappement du four et de la chambre de calcination, puis admises dans cette dernière o elle est partiellement décarbonatée. La chaleur nécessaire à cette réaction est fournie par la 15 combustion d'un mélange d'un combustible injecté dans la chambre au moyen d'une tuyère 16 et d'air prélevé sur le refroidisseur 14 et amené à la chambre par un conduit 18. La matière partiellement décarbonatée est entrainée hors de la chambre 10 par les gaz d'échappement et 20 transportée dans le cyclone 9 ot elle est séparée des gaz pour être introduite dans le four 12 au moyen du tuyau 20. Dans le four, la matière qui se déplace lentement, d'une extrémité à l'autre, en sens inverse des gaz chauds produits par un brûleur 22 est complètement calcinée et 25 clinkérisée. Le clinker produit est refroidi dans le refroidisseur 14 au moyen d'air frais qui est ensuite utilisé comme air de combustion dans le four et dans la - 6- 2599826 _6 chambre de précalcination. - Un régulateur 24 maintient la température des gaz en aval de la chambre de précalcination égale & une valeur de consigne par action sur le débit de combustible fourni à la 5 chambre. Le but de cette régulation est d'obtenir une bonne stabilité du taux de décarbonatation de la matière à la sortie de la chambre de précalcination. La température des gaz en aval' de la chambre 10 est en effet une bonne image du taux de décarbonatation. Le débit du combustible alimentant le brûleur 22 est réglé par un régulateur 26 dont la valeur de consigne est donnée par un calculateur 28. Cette valeur de consigne est calculée périodiquement, à des intervalles de temps très rapprochés (par exemple 10 secondes), par le calculateur 15 28, à partir des valeurs mesurées ou entrées par l'opérateur d'un grand nombre de paramètres: débit de - clinker, caractéristiques de la matière première crue et précalcinée, caractéristiques du combustible, teneur en oxygène des gaz d'échappement, etc... A chaque pas de calcul, le calculateur détermine d'abord la quantité de chaleur théorique totale qui doit être fournie à l'installation, par unité de temps, au moyen de la formule suivante: QT = QTO x fi (Ki1) x f2 (K2)... fi (Ki)... fn (Kn). Dans cette formule, KI1, K2,... Kn, sont des paramètres, tels que le débit de matière première ou de clinker, le taux de décarbonatation de la matière à la sortie de la chambre de précalcination, la teneur en chaux libre du clinker, le taux de cendres du combustible, la proportion de chaque combustible si on utilise plusieurs combustibles, la teneur en oxygène dans les gaz 5 d'échappement du four et de la chambre de précalcination, etc... QTO est la quantité de chaleur théorique totale correspondant aux valeurs nominales imposées des paramètres K1, K2,... Fn. Elle est prédéterminée soit à partir 10 d'essais, soit au moyen d'un modèle mathématique et stockée dans un fichier du calculateur. fi (K1), f2 (K2)... fn (Kn) sont des termes correcteurs qui font intervenir les différences entre les valeurs des paramètres K-1, K2,... Kn provenant de mesures 15 effectuées à chaque pas de calcul et leurs valeurs nominales. Les relations fi, f2,... fn sont préétablies et les valeurs nominales des paramètres El, K2,... Kn sont stockées dans un fichier du calculateur. Le calculateur détermine ensuite la consommation 20 calorifique de la chambre de précalcination QP. Cette consommation peut être calculée à partir de la mesure du débit de combustible fourni à la chambre de précalcination. Elle peut aussi être calculée au moyen d'une formule analogue à celle servant à calculer QT. La quantité de chaleur nécessaire au four est alors calculée en faisant la différence de QT et de QP, et la valeur obtenue est éventuellement corrigée en fonction de -8 la valeur du signal de sortie d'un régulateur PID incorporé au calculateur et auquel est appliqué un signal provenant de la mesure d'un paramètre représentatif de la qualité du clinker; ce paramètre peut être, en particulier, la 5 température apparente du clinker à la jetée du four mesurée au moyen d'un pyromètre à rayonnement 30 conformément au procédé faisant l'objet du brevet 85.03660. A partir de la quantité de chaleur QF ainsi obtenue le calculateur détermine une valeur de consigne FF pour le débit de 10 combustible alimentant le brQleur 22. Un signal proportionnel à la valeur de consigne calculée FF est distribué au régulateur 26 en fonction du temps, par exemple à travers un filtre ou tout autre moyen de distribution temporelle pour permettre que la 15 modification.éventuelle de la valeur de consigne du régulateur soit progressive et s'étale sur une période correspondant approximativement au temps de séjour des matières dans le four. La figure 2 montre la variation de la valeur de 20 consigne du régulateur 26. Initialement cette valeur de consigne était FFO. A l'instant tl, la consigne calculée est FF1. A partir de tl la valeur de consigne du régulateur va croître progressivement jusqu'à atteindre FFI au bout d'une période de temps du même ordre de grandeur que le 25 temps de séjour des matières dans le four. On a supposé que la valeur de consigne calculée restait égale à FF1 pendant toute la période considérée. Dans le cas contraire, la - 9 courbe serait modifiée pour tenir compte de la nouvelle valeur calculée. - lo R E V E N D I C T I 0 NS 1. Procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche comprenant une chambre de précalcination o la matière première est au moins 5 partiellement décarbonatée et un four tubulaire rotatif équipé d'un braleur à son extrémité de sortie du clinker, et d'un régulateur du débit de combustibles alimentant le brûleur, consistant à: calculer la quantité de chaleur théorique (QF) qui doit 10 être fournie du four en fonction des caractéristiques de la matière première et du combustible, des caractéristiques visées pour le clinker et de paramètres caractérisant la marche de l'installation, - calculer une valeur de consigne (FF1) du débit de 15 combustible fourni au four correspondant à la val-eur calculée de la quantité de chaleur (QF) à fournir au four, modifier progressivement la valeur de consigne actuelle (FFO) dudit régulateur pour l'amener à la valeur de consigne calculée (FF1), l'allure des variations imposées à 20 la valeur de consigne dépendant des conditions du traitement thermique de l-a matière et de son temps de séjour dans le four, et - recommencer périodiquement ces opérations à des 25 intervalles de temps rapprochés. - ll 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de chaleur (OQF> à fournir au four est obtenue en calculant une quantité de chaleur théorique totale (QT> nécessaire pour amener la matière première à l'état de 5 clinker, et en retranchant de cette grandeur la quantité de chaleur WQP) fournie à la chambre de précalcination. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de chaleur théorique totale (QT) est calculée à10 partir d'une quantitéde chaleur théorique totale nominale (QTO) prédéterminée et de coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les valeurs mesurées et les valeurs nominales des paramètres de calcul. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la quantité de chaleur (QP) fournie à la chambre de précalcination est calculée à partir d'une quantité de chaleur théorique nominale prédéterminée et de coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les 20 valeurs mesurées et les valeurs nominales des paramètres de calcul. 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la quantité de chaleur (QP) fournie à la chambre de 25 précalcination est calculée à partir d'une valeur mesurée du débit de combustible fourni à la chambre de précalcination. - 12 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de consigne du débit de combustible fourni au four est corrigée en fonction de l'écart entre la valeur mesurée et la valeur de 5 consigne d'une grandeur représentative de la qualité du clinker.