Brevet FR2720146A1 — publié le 19951124

Procédé et dispositifs de préchauffage de granulats avant leur entrée dans un séchoir ou un calcina teur Dans la suite de cet exposé les termes suivants seront employés dans le sens le plus général par liquide on entendra l'eau ou tout autre liquide, par vapeur on entendra la vapeur d'eau ou d'autre liquide, par gaz ou incondensable on entendra l'air ou tout autre gaz, par granulat humide toute matière solide divisée contenant un liquide absorbé ou intersticiel, par granulat sec toute granulat sortant du séchoir ou du calcinateur. Nous adopterons les abréviations th = thermie tee = tonne d'eau évaporée cs = chaleur spécifique dc =débit calorique dcs débit calorique des granulats sortant. dce = débit calorique du liquide enlevé dch = débit calorique des granulats humides entrant kwhe= kilowatt heure électrique kwht= kilowatt heure thermique Actuellement dans les séchoirs du type S1 l'énergie nécessaire au séchage est apportée par des combustions. Dans un avenir plus ou moins proche,lténergie thermique nécessaire au séchage sera apportée par la vapeur à O du liquide enlevé par le séchage surchauffée par pompe à chaleur une seule fois à temde fois pérature élevée dans des séchoirs du type S2 ou un grand noobrey à température plus basse dans des séchoirs du type S3 Au lieu de consommer environ 800kwht/tee, comme dans les séchoirs du type S1, les séchoirs du type S2 consommeront seulement 200 kwhe/tee et les séchoirs du type S consommeront seulement 100 kwhe/tee I1 est difficile, sinon impossible, que les granulats secs sortent du séchoir à une température inférieure à la température du fluide caloporteur sortant à 0, des séchoirs S1 ou S2et à O du séchoir S3. Dans tous les séchoirs, la chaleur entrainée par les granulats secs est, ou sera, par tonne d'eau évaporée proportionnellement d'autant plus importante que la quantité d'eau à enlever est ou sera moins importante. De plus, dans les séchoirs 52 et S 53 l'introduction de granu- lats humides à une température plus basse que la température du fluide caloporteur saturé produirait une condensation de vapeur gênante et une consommation d'énergie que la pompe à chaleur ne pourrait pas fournir. La présente invention consiste à proposer des moyens de r emé - dier à ces difficultés. I 1 est connu de préchauffer les granulats humldes avec un fluide intermédiaire porteur des calories prélevées sur les granulats secs en les refroidissant. I1 est connu de présécher des granulats avec de l'air chauffé par des tubes inoxydables condensant les buées sortant d'un séchoir La présente invention propose de prdchauffer les granulats humi- des d'abord par récupération des calories prélevées sur les granulats secs en les refroidissant et ensuite par la récupération d'une partie des calories de l'eau provenant du lavage à l'eau d's buées sortant d'un séchoir S1 ou par l'eau de condensation des vapeurs à 02 sortant d'un séchoir S2 ou 53. Les fluides utilisés pour ces deux préchauffages successifs sortent des échangeurs à des températures plus élevées que 1 'eau de lavage des minerais et minéraux tels, par exemple non limitatif, que charbons, schlamms, sables, granulats d'enrobage etc.. Chaque fois que le séchoir peut se trouver à proximité du lavoir la présente invention propose de terminer le lavage par de l'eau Sortant des deux préchauffages ci-dessus. La figure 1 représente un schéma connu d'échangeur de chaleur entre deux solides par l'intermédiaire d'un liquide circulant dans le sens 2 '2' dans une auge à double paroi divisée en deux enceintes A et B séparées par une cloison 4 percée d'un orifice 5 porte palier et à l'intérieur d'un arbre creux 2, non défini 2, 2 porteur d'une vis creuse 3. Dans l'enceinte A une vis creuse reçoit le liquide à sa gauche et le renvoit dans l'arbre creux avant la cloison 4. Une ouverture 8 introduit les granulats secs à un débit des, l'ensemble vis creuse et arbre creux tourne de façon à transporter les granulats secs de droite à gauche depuis 8 jusqu'à les faire sortir par l'orifice 9 au fond de l'auge A. Le liquide est introduit dans l'auge creuse et immobile aux environs de 2 par un orifice non représenté et rentre dans l'arbre creux au niveau d'un palier non représenté et retourne dans l'auge creuse aux environs de 2 du niveau d'un palier analogue non représenté. Dans cet ensemble connu, les granulats secs entreraient en 8 et seraient conduits par la vis jusqu'à la sortie de l'auge creuse 9, située avant le palier de gauche. Les granulats humides entreraient à l'autre extrémité 10 et sor Liraient on 11 avant le palier 5 pur té par lu clu i uli 4. Les granulats humides seraient donc, ainsi quelque peu préchauffés. A titre d'exemple seulement, les propositions inventives précédentes sont faciles à comprendre en regardant les figures suivantes La figure 2 représente un ensemble conforme à la présente invention préchauffant les granulats humides à une température forcément plus basse que La figure 3 représente un autre ensemble permettant de préchauffer jusqu'à 0 les granulats hum ides. La figure 4 représente le cas le plus favorable où le séchage des granulats a lieu tout près du lavoir. Sur la figure 2, conformément à la présente invention, il est avantageux de couvrir les auges et de les calorifuger. Les granulats humides entrent en 10, dans l'enceinte B revêtue d'un couvercle, et sont entraidés par la vis creuse jusqu'à la sor ti e 11, le liquide circulant dans la vis creuse en 2 est recyclé par la pompe 12 en 2 et reçoit des calories dans l'enceinte A au contact des granulats secs de débit calorique dcs sortant à d'un séchoir S1 ou à 13 d'un séchoir S2 ou S3 puis procure le liquideVcalories aux granulats humides de débit calorique dch Il est avantageux pour les échanges thermiques que le débit calorique du liquide circulant dans l'ensemble de l'auge de la vis et du tube creux de 2 à 2 soit égal au débit calorique dcs des granulats secs. Sortant de 11, les granulats humides de débit calorique dch supérieur à dcs descendent en 22 dans un échangeur C du même type que B de la figure 1 Le fluide caloporteur de C n'est autre que le liquide de lavage des buées d'un séchoir S1 ou le liquide de condensation de la vapeur produite par le séchage dans un séchoir S2 ou S3 Pour simplifier, sur le dessin nous avons admis que le débit calorique de ce liquide est seulement égal à dce , lequel est forcément moins important que le débit calorique des granulats humides car dch = dce + dcs. Dans les conditions de la figure 2 les granulats humides ne peuvent jamais atteindre la température 00 La figure 3 montre un ensemble plus perfectionné, destiné à préchauffer les granulats humides jusqu'à la température Dans ce cas, les granulats humides légérement préchauffés, comme sur la figure 2 descendent en 22 dans un échangeur C différent de celui de la figure 2 en ce que les condensats sortant à #2 ou #0 avec un débit calorique dce reçoivent à l'entrée de l'échangeur C l'appoint d'un recyclage de débit calorique avantageusement égal à dcs, de façon à faire circuler dans l'auge la vis et le tube creux un débit calorique dce + dcs = dch. Le débit de recyclage dcs est pulsé par une pompe 13 dans un échangeur 15 qui le réchauffe à une température suffisante pour que le mélange de débit calorique dch soit élevé à la température ## + ##" dans laquelle ss 0 est la différence.de température choisie par l'homme de l'art pour que les granulats préchauffés dans l'échangeur B puissent sortir de l'échangeur C à la température proche de l'ébullition ##, ce qui est la solution la plus favorable à la bonne marche des séchoirs 52 ou 53 Le cas le plus favorable à la récupération est le cas où l'on séchera les granulats humides, à proximité de l'endroit où ils ont été lavés. A titre d'exemple seulement, la figure 4 représente, conformément à la présente invention et schématiquement, l'ensemble des appareillages connus adaptés à la plus complète récupération de chaleur possible. On remarque, en haut à droite, un laveur D d'un modèle quelconque, en haut à gauche un séchoir S1, S2ou S3,en 33 le laveur de buées du séchoir Slen A un échangeur à vis creuse du genre de la partie gauche de l'échangeur à vis dc 1 la cinlsre l, en C i;n échan- geur à vis creuse du genre de la partie droite de l'échangeur à vis de la figure 1 Les granulats sortant de la mine à la température gn sont introduits en 24, en bas du laveur D et sont élevés progressivement le long du cylindre incliné avec de l'eau introduite progressivement en 26 - 27 et 28 et descendant lentement pour sortir avec les boues t en 29, tout en bas du laveur. Sans sortir du cadre de la présente invention, on pourra utiliser un laveur existant sans le modifier, et, dans ce cas, l'entrée d'eau 26 pourrait être supprimée sur le laveur 0. Un moyen quelconque continue de relever les granulats au-dessus du niveau de l'eau, de façon à ce qu'ils s'égouttent et soient éventuellement essorés par centrifugation. Les granulats égouttés ou essorés sortent en 25 et entrent en 22 dans l'échangeur C. La vis creuse 3 les transporte de 22 en 23 d'où un transporteur aussi fermé et calorifugé que possible les amènera à l'entrée du séchoir S1, 52' ou S3. Les granulats secs sortent en 31 du séchoir 51' S2 ou 53 et sont conduits jusqu'à 8 de l'échangeur à vis creuse A ; la vis les transporte de 8 à 9 en sens inverse d'un circuit d'eau propre prélevée à la température am de la nappe ou à température 9a ambiante. Cette eau de débit calorique dcs se réchauffe donc de Oriou ## à L'eau de lavage des buées sortant de 33 ou encore l'eau de débit calorique dce sort en 32 du séchoir S2 ou S3 à la température 82 de condensation des vapeurs produites par le séchage élevé e s de0bà 02 par la pompe à chaleur. Elle reçoit un débit d'eau recyclée de débit calorique dcs à une température O4 de façon que dcs + dce = dch Le débit dcs est recyclé depuis la sortie 18 de l'échangeur à vis creuse à la température O 3 + O 3 3 En passant dans le réchauffeur électrique ou thermique 15, le débit dcs est échauffé à la température O de façon à ce que 4 dcs à 64 plus dce à e 2 atteigne la température ## + ### nécessaire re pour que les granulats humides sortent à la température O, représente l'écart de température nécessaire à l'échange. Dans l'échangeur à vis creuse C, les granulats humides de débit calorique dch entrés en 22 circulent en contre courant avec les eaux de débit calorique dch = dcs + dce et sortent à la température 0bw A la sortie 18 de la vis creuse, le débit dch se divise en dcs qui est recyclé et en dce qui est envoyé en 28 dans le laveur échangeur D. Il est favorable que 28 soit situé au-dessus de 2l;m ls 27 et 28 peuvent être inversés ou coincider, sans sortir du cadre de la présente invention. Toutes les descriptions inventives, relatives à la récupération des chaleurs perdues par les granulats secs et par les eaux de condensation de la vapeur extraite par séchage sont valables pour une vapeur autre que la vapeur d'eau et, par exemple, pour des vapeurs de solvant. D'autre part, le laveur D peut être quelconque et très différent de celui représenté, sans sortir du cadre de la présente invention. Enfin, les échangeurs à vis creuse peuvent être remplacés par n importe quel échangeur entre des granulats et des liquides, sans sortir du cadre de la présente invention. Dans le préchauffage des granulats humides par le refroidissement des granulats secs, on peut employer n'importe quel fluide caloporteur, sans sortir du cadre de la présente invention. Naturellement, dans tout cet exposé, nous avons choisi les débits caloriques les plus adaptés aux meilleurs rendements des échanges thermiques considérés dans la présente invention, mais l'llomme de l'art pourra choisir n'importe quel débit calorique dans n'importe quel échangeur, sans sortir du cadre de la présente invention La présente invention est bien entendu, applicable aux calciRateurs d'où les granulats sortent à des températures de l'ordre de 2 à 3 fois 0 . Revendications 1) Procédé de préchauffage des granulats humides avant séchage ou calcina tion caractérisé en ce que : les granulats humides sont préchauffés à les granulats secs et par l'eau de condensation des buées (sol) ou des vapeurs Sz, 53 (fig.2) 2) Procédé, selon la revendication l caractérisé en ce que : le fluide caloporteur sortant de la vis creuse C de l'échangeur de chaleur est recyclé à l'entrée de la vis en totaiité sans être réchauffé ou en partie passant dans un réchauffeur 15 (fig.3) 3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que : le liquide de débit dcs sortant de l'échangeur à vis creuse Ade chaleur entre les granulats secs et l'eau est introduit dans un laveur D, au-dessus des liquides de lavages froids, donc plus lourds et traverse les granulats humides à contre courant (fig.4) 4) Procédé, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les eaux de débit calorique dce sortant à #3 O /5 t de l'échangeur C de préchauffa- ge des granulats humides sont introduites au-dessus de l'entrée d'eau à la température ambiante dans l'alimentation du lavoir D (fig.4) 5) Installation de séchage de granulats humides pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle se compose - d'un séchoir (Sl S2 ou s3) d'où sortent des granulats secs à une température 01 ou 04 avec un débit des, - d'un échangeur à vis creuse A chauffé par les granulats secs et fournissant de l'eau à une température ex ou f ~ ### avec un débit calorique des - d'un laveur D de granulats à contre courant recevant en 27 au-dessus des eaux moins chaudes, l'eau précédente fournies à la température 00 -ss06 - - enfin, d'un échangeur C destiné à préchauffer à ## les granulats humides sortant du laveur D, tandis que les eaux sortant à #3 + ### de l'échangeur C avec un débit calorique dce sont envoyées en haut du laveur avant l'égouttage des granulats humides ou même, en dessous de 27.