Brevet FR2684085A1 — publié le 19930528

De nombreux procédés de transformation de matières premières comportent une étape de traitement thermique, parfois combinée à une réaction chimique, avec un gaz. L'efficacité maximale des échanges thermiques et de la réaction chimique est obtenue lorsqu'on peut mettre les matières solides en contact avec le gaz sous une forme finement divisée. Cest en particulier le cas de la calcination ou la précalcination des matières premières pour la fabrication du clinker de ciment Pour cette opération, on utilise généralement des fours verticaux, présentant une symétrie de révolution et équipés d'un ou plusieurs brûleurs et de moyens pour introduireles matières solides dans le four et les disperser dans les gaz chauds produits par le ou les brûleurs Il est difficile de réaliser une dispersion correcte des matières solides dans les gaz, surtout lorsque le four a un grand diamètre (supérieur à 2 m) On pourrait multiplier les points d'introduction des matières dans le four, mais l'équirépartition d'un courant de matières solides chaudes entre plusieurs entrées pose des problèmes que l'on ne sait pas résoudre de manière satisfaisante On a proposé d'introduire les matières solides en suspension dans un courant de gaz pénétrant tangentiellement dans le four mais cette solution présente l'inconvénient de provoquer la centrifugation des matières solides qui entraîne une ségrégation granulométrique et, par conséquent, des différences de traitement des particules suivant leur grosseur. Suivant une autre proposition, on introduit les matières solides dans le four en suspension dans un courant de gaz à section annulaire, qui entoure la flamme du brûleur et dont la direction principale d'écoulement est parallèle à celle des gaz constituant la flamme, de façon à former un rideau mobile de matières autour de la flamme et utiliser au mieux son rayonnement pour le traitement des matières L'efficacité maximale est atteinte lorsque les matières sont réparties de façon dense et régulière, sur une faible épaisseur, tout autour de la flamme Toute irrégularité de répartition crée des discontinuités du rideau et risque de provoquer des surchauffes locales. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif permettant de répartir de manière uniforme les matières solides dans une section annulaire Ce dispositif peut être utilisé, en particulier, pour la mise en oeuvre du procédé d'alimentation en matières solides d'un four de calcination décrit dans le paragraphe précédent. Le dispositif objet de linvention est caractérisé en ce qu'il comprend une chambre annulaire à axe vertical ou voisin de la verticale, qui est fermée à son extrémité supérieure et dont la section par un plan perpendiculaire à l'axe a une aire constante dans sa partie supérieure puis progressivement décroissante jusqu'à son extrémité inférieure o est prévue une ouverture de sortie annulaire ou une série d'ouvertures régulièrement réparties le long d'un cercle, et en ce qu'un conduit d'amenée d'un courant de gaz transportant les matières solides est raccordé à la partie supérieure de ladite chambre de telle sorte que ledit courant pénètre dans cette dernière suivant une direction approximativement radiale. Le rapport de l'aire de la section droite de la partie supérieure, cylindrique de la chambre à l'aire de ladite ouverture ou à l'aire totale desdites ouvertures sera supérieur à 3 de même que le rapport de ladite section droite à celle du conduit d'amenée du courant de gaz transportant les matières solides. Les parties supérieures, cylindriques des parois intérieure et extérieure de la chambre pourront avoir un axe commun ou des axes parallèles voisins; dans ce dernier cas, la distance entre les axes ne sera pas supérieure à 0,3 fois la largeur radiale (différence entre les rayons intérieur et extérieur) de la chambre. Les parties inférieures, convergentes des parois de la chambre pourront être orientées de façon à créer un courant annulaire, cylindrique, conique ou tronconique et évasé, et l'ouverture de sortie annulaire pourra être munie d'aubes, orientées de façon à imprimer un mouvement de rotation autour de l'axe du dispositif au courant de gaz sortant par cette ouverture. Dans le cas o l'ouverture annulaire est remplacée par une série d'ouvertures, celles-ci seront prévues à l'extrémité de courts canaux orientés de façon à produire un courant de gaz de forme voulue et, éventuellement, à lui communiquer un mouvement de rotation. Le conduit d'amenée du courant de gaz transportant les matières solides pourra être remplacé par deux conduits ou plus, de section équivalente, raccordés approximativement radialement au dispositif. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère au dessin l'accompagnant qui montre, à titre d'exemple non limitatif, deux formes de réalisation de l'invention et sur lequel: La figure 1 est une coupe par un plan diamétral d'un four de précalcination à axe vertical équipé d'un répartiteur conforme à l'invention; 0 2684085 La figure 2 est une vue de dessous du plafond du four montrant l'ouverture de sortie annulaire du distributeur; avec une représentation en coupe de la paroi extérieure du répartiteur; et La figure 3 est une vue similaire à la figure 2 illustrant une variante de réalisation. Le four 10 dont seule la partie supérieure est représentée sur la figure 1 est destiné à être utilisé pour la précalcination des matières premières dans une installation de production de clinker de ciment par voie sèche Il reçoit les matières premières préchauffées, sous forme de farine, et alimente un four tubulaire rotatif o la calcination des matières premières est complétée et o celles-ci sont transformées en clinker. Ce four présente une symétrie de révolution et son axe est vertical Il est chauffé par un brûleur 12 équipant une chambre de combustion 14 placée sur le plafond du four, en son centre Ce brûleur produit une flamme 16 qui se développe vers le bas dans le four. Les matières premières M provenant du préchauffeur sont introduites dans le four au moyen du répartiteur 18 Elles sont mises en suspension dans un courant de gaz circulant dans une conduite 40 raccordée radialement au répartiteur et transportées pneumatiquement jusqu'à ce dernier; le gaz peut être de l'air chaud provenant du refroidisseur de clinker ou le gaz d'échappement du four rotatif. Le répartiteur 18 est annulaire et est monté sur le four 10 autour de la chambre de combustion 14, son axe coïncidant avec celui du four Il est constitué dans sa partie supérieure et médiane par deux parois cylindriques concentriques 20 et 22 et dans sa partie inférieure par deux parois 24 et 26 qui convergent de façon à former à l'extrémité inférieure du répartiteur une ouverture de sortie annulaire 28 qui débouche dans le four; l'extrémité supérieure du répartiteur est fermée par un couvercle 30. Chacune des parois 24 et 26 est formée de deux troncs de cônes de révolution dont les conicités sont choisies en fonction de la forme du courant gazeux que l'on souhaite produire dans le four; dans l'exemple représenté, elles ont été choisies pour produire un courant conique creux. L'intérieur du répartiteur constitue une chambre 32 dont la section droite - section par un plan perpendiculaire à l'axe du répartiteur a une aire qui est constante dans les parties supérieure et médiane et décroît progressivement dans la partie inférieure, jusqu'à l'ouverture de sortie 28 Le rapport de l'aire de la section droite de la partie supérieure de la chambre 32 à l'aire de l'ouverture de sortie 28 est supérieur à 3 Le rapport des aires des sections droites de la partie supérieure de la chambre 32 et de la conduite 40 est aussi supérieur à 3. A leur extrémité inférieure, les parois 24 et 26 sont entretoisées par des aubes 34 qui améliorent la tenue mécanique de l'ensemble Ces aubes peuvent être disposées verticalement ou légèrement inclinées pour communiquer un mouvement de rotation à faible vitesse au courant de gaz sortant du répartiteur. En variante, l'ouverture annulaire 28 pourrait être remplacée par une série d'ouvertures 128 disposées le long d'un cercle, comme représenté sur la figure 3 Ces ouvertures constitueront la sortie de courts canaux convenablement orientés pour créer un courant gazeux de forme voulue conique creux, cylindrique ou évasé et éventuellement pour communiquer un mouvement de rotation à faible vitesse à ce courant L'aire totale de ces ouvertures devra être suffisante pour que l'ensemble des courants individuels qui en sortent puissent constituer, à faible distance de répartiteur, un courant à section annulaire, sans discontinuité Dans ce but, lesdits canaux pourront avoir une section progressivement croissante de l'intérieur du répartiteur vers l'extérieur. La conduite d'alimentation 40 du répartiteur pourrait être remplacée si nécessaire par deux conduites ou plus, de section totale équivalente, dont les axes seraient situés, comme l'axe de la conduite 40, dans des plans contenant l'axe du répartiteur et qui déboucheraient dans le répartiteur en des points circonférentiellement espacés l'un de l'autre Il faut cependant noter que lorsque la source des matières à traiter est unique, il est avantageux de pouvoir transporter pneumatiquement le débit total des matières jusqu'au répartiteur au moyen d'une seule conduite. Bien que dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, le four et le répartiteur aient un axe vertical, le répartiteur de l'invention peut aussi être utilisé dans des positions différentes, avec son axe incliné sur la verticale; l'angle que fait son axe avec la verticale ne doit pas toutefois excéder 300. Au lieu d'être concentriques, les deux parois cylindriques 20 et 22 pourraient avoir des axes parallèles décalés, l'axe de l'ouverture annulaire 28 étant confondu avec l'un des axes ou décalé par rapport aux deux axes; La partie inférieure de la chambre 32 serait alors délimitée par des parois à surface conique dont les axes feraient avec les axes des parois 20 et 22 des angles dont la valeur serait fonction du décalage de ces derniers par rapport à l'axe de l'ouverture 28 Le décalage l'un par rapport à l'autre des axes des parties cylindriques des parois de la chambre ne devra pas être supérieur à 0,3 fois la largeur de la chambre (différence des rayons intérieur et extérieur). La forme et les dimensions du répartiteur permettent d'avoir des faibles vitesses dans la partie supérieure de la chambre 32 Par exemple, pour une vitesse des gaz dans la conduite 40 comprise entre 12 et 25 m/s, la vitesse moyenne dans la section droite de la partie supérieure de la chambre 32 sera inférieure à 5 m/s Cette faible vitesse, de même que l'entrée radiale dans le répartiteur, évitent les ségrégations dues à des centrifugations générales ou locales. Comme autres avantages du répartiteur de l'invention, on peut citer la faculté de fonctionner correctement avec des fortes charges de matières (supérieures à 1 kg/kg de gaz) et la faible sensibilité à des variations de débits ou à des incidents (on notera que les pentes des parois 24 et 26 sont supérieures à l'angle de talus des matières traitées pour éviter tout dépôt). la possibilité d'avoir une seule alimentation en un point quelconque de sa périphérie. la possibilité de pouvoir communiquer à la sortie du répartiteur, un mouvement de rotation au courant de gaz, avec une vitesse choisie en fonction des besoins de l'appareil alimenté. la facilité de construction, résultant de la simplicité des formes, dans le cas o les produits sont à haute température et les parois du répartiteur doivent être protégées intérieurement par un revêtement réfractaire. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour répartir des matières solides pulvérulentes, transportées pneumatiquement, dans une section annulaire de grand diamètre, caractérisé en ce qu'il est comprend une chambre annulaire ( 32), à axe vertical ou voisin de la verticale, qui est fermée à son extrémité supérieure et dont la section par un plan perpendiculaire à l'axe du dispositif a une aire constante dans sa partie supérieure puis progressivement décroissante jusqu'à son extrémité inférieure o est prévue une ouverture de sortie annulaire ( 28) ou une série d'ouvertures ( 128) régulièrement réparties le long d'un cercle, et en ce que le conduit ( 40) d'amenée du courant de gaz transportant les matières solides est raccordé à la partie supérieure de ladite chambre de telle sorte que ledit courant pénètre dans cette dernière suivant une direction approximativement radiale. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de l'aire de la section droite de la partie supérieure, cylindrique de la chambre ( 32) à l'aire de ladite ouverture annulaire ( 28) ou à l'aire totale des dites ouvertures ( 128) est supérieur à 3. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport de l'aire de la section droite de la partie supérieure, cylindrique de la chambre ( 32) à l'aire de la section du conduit ( 40) d'amenée du courant de gaz transportant les matières solides est supérieur à 3. 4 Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie supérieure de la chambre ( 32) est délimitée par deux parois cylindriques, intérieure et extérieure ( 20, 22), dont les axes sont confondus. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie supérieure de la chambre ( 32) est délimitée par deux parois cylindriques dont les axes sont décalés. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que les parties inférieures ( 24, 26) desdites parois sont orientées de façon à créer un courant de gaz à section annulaire, cylindrique, conique ou évasé. -7 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite ouverture annulaire ( 28) est munie d'aubes ( 34) orientées de façon à imprimer au courant de gaz un mouvement de rotation autour de l'axe du dispositif. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites ouvertures ( 128) sont prévues à l'extrémité de courts canaux orientés de façon à imprimer au courant de gaz un mouvement de rotation autour de l'axe du dispositif. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit ( 40) est remplacé par plusieurs conduits de section totale équivalente raccordés à la partie supérieure de la chambre ( 32) de telle sorte que les courants de gaz amenés par lesdits conduits pénètrent dans cette dernière suivant des directions approximativement radiales.