Brevet FR2621995A1 — publié le 19890421

Procédé et système de modulation de cuisson des fours alimentés en charbon Pulvérisé notamment des fours rotatifs dans la Production du clinker de ciment La présente invention se rapporte à un procédé de modulation de cuisson dans des fours équipés de brûleurs alimentés en charbon pulvérisé et à un système destiné à réaliser le procédé. L'invention s'adresse particu- lièrement aux fours rotatifs pour la production de clin- ker de ciment mais n'est nullement limitée à ceux-ci. On charge les fours d'un mélange, lequel dans le cas de fours produisant du clinker de ciment, comprend du calcaire, de l'argile, et certains additifs sélectionnés en fonction de la composition et des propriétés souhai- tées du ciment produit. Un courant de charbon pulvérisé et d'air est amené dans le four via un brûleur, four o ce courant se consume pour traiter le mélange et conver- tir celui-ci en clinker. Dans la fabrication du clinker de ciment de l'art antérieur, un des paramètres de traitement souhaité consiste à fournir et à maintenir la température sou- haitée sur la zone de combustion du four rotatif. Ces conditions de combustion sont nécessaires pour produire un clinker présentant la qualité uniforme souhaitée. On sait qu'une qualité variable de charbon ou l'utilisa- tion de charbon ayant une teneur élevée en cendres peut affecter les conditions de cuisson d'un four rotatif et par conséquent porter préjudice à la qualité et à l'uni- formité du clinker et s'avérer très préjudiciable pour la longévité du garnissage réfractaire etc.. L'utilisation de charbon à teneur élevée en cendres comporte plusieurs inconvénients distincts. L'un de ces inconvénients est que l'utilisation d'un charbon à teneur élevée en cendres comme combustible dans un four rotatif, abaisse la teneur en C35 dans le clinker, augmente par conséquent l'énergie nécessaire au broyage du clinker et réduit la résistance du ciment ainsi obtenu. De plus, ce type de charbon réduit également le rendement, étant donné qu'un charbon à teneur élevée en cendres produit moins de chaleur dans la zone de cuisson du four rotatif. Il est connu de charger le charbon à l'état pulvérisé comme combustible dans un four rotatif. Un charbon à teneur élevée en cendres est difficile & broyer; Or, cette opération est nécessaire étant donné que l'on ne doit charger dans le four que du charbon à l'état pulvérisé. De plus, l'utilisation de charbon à teneur élevée en cendres exige une meilleure qualité de pierre à chaux dans le mélange. Toutefois un autre inconvénient réside en ce qu'un charbon à teneur élevée en cendres provoque un culottage circulaire à l'inté- rieur du four. Ces formations de culot circulaire réduisent le diamètre efficace total du four. De plus, un charbon à teneur élevée en cendres prend plus de temps à brûler et fournit moins de chaleur. On connait différents procédés destinés à l'enrichissement du charbon afin d'enlever les matières minérales formant cendres dans le charbon. Un tel procédé consiste à broyer le charbon à une granulométrie fine puis à ajouter certains produits chimiques à celui-ci, après quoi on procède à une étape de flot- tation par écumage. Dans ce procédé, les coûts élevés constituent un inconvénient et de plus les rejets qu'il faut évacuer sont polluants. Un autre inconvénient encore résulte du fait que le charbon est humide et qu'il doit être soumis à une étape de séchage avant d'être chargé dans le four. Plusieurs inconvénients sont également liés au fait que le charbon présente une composition variable. Un de ces inconvénients est que la valeur calorifique varie, ce qui donne lieu à des fluctuations des tem- pératures. De plus, l'allure de température varie à l'intérieur même du four et de ce fait on n'obtient pas 262 1995 de clinker présentant la composition de phase souhaitée. En outre, étant donné qu'une température variable fournit une cuisson nonuniforme du clinker, on obtient généralement un clinker jaune ou non cuit. Un autre inconvénient est qu'une fluctuation de température donne lieu à un revêtement instable dans la zone de cuisson et réduit la longévité du garnissage réfractaire du four. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de modulation de cuisson du four et un sys- tème pour ce faire, assurant une température uniforme dans la zone de cuisson d'un four rotatif. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de modulation de cuisson de four et un système pour ce faire, permettant d'améliorer la longévité du garnissage réfractaire du four. Un autre objet encore de la présente invention est de proposer un procédé de modulation de cuisson de four et un système pour ce faire qui assure une qualité de clinker améliorée et uniforme. Un autre objet encore de la présente invention est de proposer un procédé de modulation de cuisson de four et un système pour ce faire, éliminant les incon- vénients rencontrés dans l'art antérieur. Le procédé comprend les étapes consistant à extraire périodiquement des échantillons de charbon à partir de la ligne d'alimentation du charbon pulvérisé au brûleur, à préparer un échantillon de charge pour des analyses en continu ou en direct, à déterminer la teneur absolue d'un ou plusieurs constituants inorganiques présents dans l'échantillon d'alimentation de charbon à l'aide d'un appareil d'analyse, à introduire ces données dans un ordinateur industriel avec des informations concernant la température dans le four, à déterminer la teneur totale en cendres dans le charbon à partir de ces données et dans le cas o la température dans le four se situe au-dessous ou au-dessus de sa valeur prédétermi- née, l'ordinateur industriel fournit alors des signaux pour permettre éventuellement l'addition d'un combus- tible adoucissant avec ou sans modification dans le débit ou flux de charbon ou des signaux destinés uniquement à réduire ou à augmenter le débit de charbon sur le brûleur. Le système destiné à permettre la mise en oeuvre d'un procédé de modulation de cuisson de four selon la présente invention et à assurer l'uniformité des condi- tions dans la zone de combustion du four comprend une conduite d'alimentation destinée à amener le charbon pulvérisé sur un brûleur à multicanaux, un appareil d'échantillonnage automatique relié à la conduite d'alimentation en vue du prélèvement périodique d'échan- tillons de charbon, une unité de préparation d'échantil- lons reliée à l'appareil d'échantillonnage destinée à préparer une charge de charbon, un appareil d'analyse en continu ou en direct relié à l'unité de préparation pour déterminer la teneur absolue en un ou plusieurs consti- tuants inorganiques présents dans la charge de charbon, un ordinateur destiné à recevoir les données en prove- nance de l'appareil d'analyse en liaison avec d'autres données en provenance du four, la teneur en cendres présente dans l'échantillon étant déterminée à partir de la teneur absolue d'un ou plusieurs constituants inor- ganiques, l'ordinateur fournissant le cas échéant des signaux vers des moyens conçus pour l'addition d'un combustible adoucissant avec ou sans modification dans le débit de charbon ou vers des moyens conçus uniquement pour la réduction ou l'augmentation du débit de charbon au brûleur. Le procédé et le système de modulation de la présente invention permettent d'obtenir une uniformité dans les conditions de la zone de cuisson dans le four, et assurent l'obtention d'une qualité uniforme de clinker. En outre, on accroit ainsi la longévité du garnissage réfractaire du four. Conformément à la présente invention, on a maintenant trouvé que la teneur absolue en un ou plusieurs constituants inorganiques dans l'échantillon et déterminée par l'appareil d'analyse fournit des données pratiquement instantanées sur la teneur en cendres dans l'échantillon de charbon. Le temps néces- saire pour déterminer la teneur en cendres au moyen d'un procédé classique est d'environ 2-3 heures. Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique du système de modulation de qualité du charbon; - les figures 2 à 6 montrent la teneur en cendres calculée en fonction de la corrélation de la silice, du fer, de l'alumine, du calcium et du magnésium, respectivement par rapport à la teneur en cendres observée; et - la figure 7 montre le schéma fonctionnel pour le logiciel. A la figure 1, le système d'alimentation 1 de charbon pulvérisé qui fournit des quantités pesées de charbon pulvérisé sur un brûleur 9 à multicanaux est entrainé par une commande 2 à vitesse variable. Un appareil d'échantillonnage automatique 3 extrait en continu les échantillons qui sont recueillis dans une petite trémie, mélangés puis amenés en partie ou en totalité sur l'unité de préparation d'échantillon 4. Dans l'unité 4, le charbon pulvérisé est mélangé à un liant, puis comprimé en briquettes d'une manière connue. Les briquettes sont alimentées à une unité d'analyse en direct 6 dans laquelle est déterminé le pourcentage de la teneur en silice, alumine, fer, magnésium et oxyde de calcium. Les informations concernant le pourcentage des teneurs en silice, alumine et autres substances sont introduites dans l'ordinateur industriel 7. Les informations concernant la valeur instantanée de la température dans le four (non représenté) sont également fournies à l'ordinateur 7. Si la température dans le four est trop élevée, il est évident que le charbon en cours d'alimentation présente une valeur calorifique trop élevée et l'ordinateur 7 va agir sur la commande à vitesse variable 2 pour réduire la quantité de charbon arrivant au brûleur. Par ailleurs, une température réduite indiquera une valeur calorifique inférieure du charbon par suite d'une teneur en cendres plus élevée. Dans ce cas, l'ordinateur 7 actionne le moyen 10 pour l'alimentation d'un combustible adoucissant tel un gaz combustible ou une huile combustible à partir du stockage 8 vers le brûleur à multicanaux 9 par l'inter- médiaire d'un débit/mètre 5. Simultanément ou alter- nativement, l'ordinateur 7 peut actionner la commande à vitesse variable 2 pour modifier l'alimentation du charbon au brûleur 9. L'appareil d'analyse 6 est un équipement analy- tique approprié, destiné à la mesure rapide et précise des constituants inorganiques dans le charbon. Le microprocesseur de commande ou l'ordinateur associé à cet équipement ou l'ordinateur industriel de commande principale est utilisé pour convertir ces données en teneur en cendres du charbon selon la relation statis- tique établie du type signalé ci-dessus. Selon une autre variante, 6 peut être également le dispositif de déter- mination de la teneur en cendres en direct ou en continu. L'ordinateur industriel comporte des interfaces avec le laboratoire; l'exécution des opérations de traitement et de commande s'effectue conformément au schéma fonctionnel du logiciel montré à la figure 7. On va maintenant se référer au tableau I qui montre les calculs effectués pour trente cinq échan- tillons différents de charbon. Les calculs se rapportent à la quantité en pourcentage de SiO2, de Fe203, de A1203, de CaO et de MgO présents dans ces échantillons. Sur la base de ces calculs et de l'analyse par régres- sion multiple, on a développé les équations par régres- sion multiple en effectuant l'analyse précitée et pour les exemples 1 à 5 les résultats sont montrés aux figures 2 - 6. Exemple 1 Cendres % = 1,03 + 1,075 (SiO2) + 1,442 (Fe203) + 1,035 (A1203) + 1,034 (CaO) + 1,36 (MgO) Coefficient de corrélation multiple = 0,9923 Exemple 2 Cendres % = 0,2589 + 1,153 (SiO2) + 1,388 (Fe203) + 0,849 (A1203) + 2,166 (MgO): Coefficient de corrélation multiple = 0,9848 Exemple 3 Cendres % = 1,464 + 1,195 (SiO2) + 2,074 (Fe203) + 0,482 (A1203) Coefficient de corrélation multiple = 0,9646 Exemple 4 Cendres % = 2,289 + 1,315 (SiO2) + 2,403 (Fe203) Coefficient de corrélation multiple = 0,9621. Exemple 5 Cendres % = 5,608 = 1,439 (SiO2) Coefficient de corrélation multiple = 0,9021. En fonction de la valeur du coefficient de corrélation multiple, on note à partir du jeu d'équa- tions ci-dessus que selon la complexité du charbon il est toujours possible de développer une relation simple ou complexe statistiquement valable et pratiquement acceptable pour l'évaluation indirecte de la teneur en cendres. T A B L E A U I DONNEES D'ANALYSE DU CHARBON ________________________________________________________________ Sl Z de cen- % de constituants inorganiques dans le dre dans charbon le charbon SiO Fe20 3 Al203 CaO MgO 2 232 I 2 3 4 5 6 7 I 24,36 13,6 1,77 8,06 0,48 0,13 2 26,04 13,8 2,30 8,68 0,74 0,11 3 15,97 8,48 1,55 4,73 0,38 0,13 4 20,80 11,19 1,62 6,34 0,56 0,16 17,68 9,20 1,52 5,38 0,66 0,13 6 34,96 20,83 2,05 7,27 2,53 0,25 7 24,24 14,37 2,62 4,82 0,64 0,24 8 40,65 24,67 2,42 9,16 0,86 0,23 9 36,76 19,72 3,28 10,03 1,18 0,32 31,83 19,17 2,10 7,69 0,50 0,45 11 27,03 10,63 3,60 7,95 1,62 0,09 12 40,30 22,79 3,40 10,62 0,38 0,21 13 40,27 22,67 5,08 9,84 0,40 - 14 9,92 4,14 1,35 1,84 0,94 0,07 34,64 21,08 1,77 8,27 1,48 0,18 16 31,37 18,97 1,92 7,55 0,59 0,49 17 41,05 25,43 2,26 8,14 2,81 4,49 18 33,70 20,09 1,89 8,57 1,21 0,28 19 29,72 19,22 1,28 7,28 0,92 0,08 36,26 18,09 3,02 9,20 1,08 0,29 21 29,17 17,05 2,28 7,74 0,73 0,17 22 32,90 20,05 1,42 8,57 1,04 0,36 23 30,95 11,47 3,68 5,99 3,72 3,41 24 43,96 25,36 2,69 9,54 2,75 0,52 24,60 13,02 2,18 6,79 0,99 0,69 T A B L E A U I ( SUITE) DONNEES D'ANALYSE DU CHARBON _________________________________________________________________ SI Z de cen- Z de constituants inorganiques dans le dre dans charbon le charbon SiO2 Fe203 A1203 CaO MgO 1 2 3 4 5 6 7 26 34,98 20,35 2,19 9,06 1,07 0,32 27 27,90 16,16 1,65 6,51 1,60 0,31 28 26,31 14,42 1,75 6,01 1,98 0,30 29 23,74 14,10 1,32 5,78 1,27 0,22 32,23 18,37 3,14 8,76 0,63 0,27 3] 25;43 14,39 1,62 5,73 2,53 0,23 32 26,92 15,85 1,52 6,09 2,35 0,30 33 21,24 11,37 1,82 5,84 1,79 - 34 21,04 10,86 1,62 6,40 1,77 -- 21,64 11,85 2,31 5,73 1,51 -- REVENDICATIONS: 1. Procédé de modulation de cuisson de four comportant un brûleur (9) alimenté en charbon pulvérisé qui comprend les étapes consistant & extraire périodiquement des échantillons de charbon de la conduite d'alimentation approvisionnant le charbon pulvérisé au brûleur (9), & préparer un échantillon d'alimentation pour un appareil d'analyse (6) en continu ou en direct, à déterminer la teneur absolue d'un ou plusieurs consistuants inorganiques dans l'échantillon d'alimentation de charbon par ledit appareil d'analyse (6), à introduire cette information dans un ordinateur industriel (7) conjointement avec d'autres données telles que la température du four, à déterminer la teneur totale en cendres dans le charbon à partir des données, et dans le cas o la température dans le four est différente de la température requise dans le cas o il y a une variation dans la teneur en cendres totale alimentée au four par rapport à celle déterminée à partir des données, l'ordinateur industriel (7) fournit des signaux permettant au besoin l'addition d'un combustible adoucissant avec ou sans modification du débit de charbon ou signaux simplement pour réduire ou augmenter le débit de charbon à destination dudit brûleur (9). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur absolue en silice, fer, alumine, calcium et magnésium dans le charbon est calculée pour déterminer la teneur totale en cendres. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur absolue en alumine, fer, silice et magnésium dans le charbon est calculée pour déterminer la teneur totale en cendres. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur absolue en silice, alumine et fer dans le charbon est calculée pour déterminer la teneur totale en cendres. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur absolue en silice et en fer ou seulement en silice.dans le charbon est calculée pour déterminer la teneur totale'en cendres. 6. Système de modulation de qualité de charbon destiné à permettre l'uniformité des conditions dans la zone de cuisson du four, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite d'alimentation (1) destinée à approvisionner en charbon pulvérisé un brûleur à multicanaux (9), un appareil d'échantillonnage automa- tique (3) relié à la conduite d'alimentation (1) pour le prélèvement périodique d'échantillons de charbon, une unité de préparation d'échantillons (4) reliée à l'appareil d'échantillonnage, un appareil d'analyse (6) en direct relié à l'unité de préparation (4) pour déterminer la teneur absolue d'au moins un des cons- tituants inorganiques dans l'échantillon, un ordinateur (7) destiné à recevoir les informations en provenance de l'appareil d'analyse (6) en liaison avec d'autres données en provenance du four, la teneur en cendres présente dans l'échantillon étant déterminée à partir de la teneur absolue en constituants inorganiques, l'ordi- nateur (7) fournissant des signaux, au besoin, aux moyens destinés à l'addition d'un combustible adoucis- sant avec ou sans augmentation du débit de charbon ou aux moyens uniquement destinés à réduire ou à augmenter le débit de charbon amené au brûleur. 7. Système de modulation de qualité de charbon selon la revendication 6, comprenant un moyen de pesage pour alimenter les quantités prédéterminées de charbon pulvérisé sur la conduite d'alimentation, un transpor- teur destiné à acheminer le charbon depuis le moyen de pesage jusqu'à la conduite d'alimentation (1), et une commande à vitesse variable (2) apte à recevoir un signal provenant de l'ordinateur industriel (7) pour commander l'entrainement dudit transporteur.