Brevet FR2813542A1 — publié le 20020308

La présente invention concerne un dispositif pour le détachement des concrétions qui se forment sur la face interne de la paroi d'une enceinte chaude traversée par des gaz chauds empoussiérés, par exemple et non limitativement dans les zones sensibles des fours à ciment. Les zones sensibles des fours à ciment sont localisées dans le précalcinateur et notamment dans le conduit vertical, les cyclones et les gaines, la boite à fumées etc... L'invention peut également s'appliquer à tous les appareils ou installations comportant une enceinte chaude dans laquelle sont véhiculés des gaz chauds empoussiérés telles que les centrales thermiques, incinérateurs, chaudières à charbon, conduits de fumées etc... En cours de production, les poussières se déposent, s'amalgament et durcissent sur la face interne de la paroi de l'enceinte chaude, constituant des concrétions en forme de couche plus ou moins épaisse selon la localisation, et entrainant une gêne importante pour la production. Dans l'état actuel de la technique l'élimination des concrétions est réalisée - soit par intervention manuelle, c'est à dire par raclage à l'aide d'outils traditionnels : pelle, raclette etc... - soit par détachement par injection d'air sous pression au moyen d'un ou plusieurs canons à air installés dans les zones sensibles. L'intervention manuelle ou la commande du canon à air sont décidées généralement suite à un repérage visuel des concrétions, alors que celles-ci sont déjà importantes et constituent une gêne pour la production. II en résulte souvent l'emploi de moyens complémentaires plus puissants (types CARDOX ou ATUMAT, marques déposées), souvent pénibles pour les opérateurs, afin de rétablir des conditions de production satisfaisantes. Dans certaines installations les canons à air peuvent être déclenchés automatiquement en aveugle c'est-à-dire sans corrélation avec l'état réel des concrétions. Par ailleurs on connaît des enceintes chaudes dont la paroi interne est revêtue d'un revêtement céramique anti-collage, de grande neutralité chimique à haute température tant vis à vis du réfractaire de la paroi que vis à vis des concrétions, ayant pour effet de réduire l'amalgame des poussières et faciliter ainsi leur détachement. Compte-tenu des gênes existant dans la production malgré les solutions rappelées ci-dessus, la demanderesse a eu l'idée de poser un problème nouveau à savoir celui de gérer et déclencher automatiquement les interventions de nettoyage afin de maintenir l'épaisseur de la concrétion au dessous d'une valeur prédéterminée ne constituant aucune gêne pour la production. La demanderesse a résolu ce problème par l'invention, qui consiste en un dispositif pour le détachement des concrétions qui se forment sur la face interne de la paroi d'une enceinte chaude traversée par des gaz chauds empoussiérés, par exemple et non limitativement dans les zones sensibles des parois réfractaires des fours à ciment, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - au moins un moyen de détachement de la couche de concrétion formée sur la face interne de la paroi de l'enceinte chaude, - un matériau anti-collage localisé sur une partie au moins de la face interne de ladite paroi de l'enceinte chaude, - un dispositif de gestion et de déclenchement automatique de chaque moyen de détachement en corrélation avec une température ou une variation d'un écart de température de la paroi dans la zone de surveillance prédéterminée. De façon préférentielle le moyen de détachement consiste en au moins un canon à air dont le conduit d'éjection d'air comprimé traverse la paroi de l'enceinte chaude et débouche dans ladite enceinte dans la zone de surveillance prédéterminée, ledit canon à air comportant également une capacité d'air comprimé et une vanne de déclenchement. De façon préférentielle également, chaque moyen de détachement est commandé par un calculateur permettant de programmer une température de déclenchement détectée par au moins un moyen de mesure de température placé à l'intérieur de la paroi, les moyens de mesure de température étant préférentiellement des thermocouples. Selon un premier mode de réalisation un calculateur déclenche la vanne du canon à air dès que la température détectée par un moyen de mesure de température atteint un seuil prédéterminé Selon un deuxième mode de réalisation le calculateur déclenche la vanne du canon à air dès que la variation de l'écart des températures, détectées par deux moyens de mesure de température, atteint un seuil prédéterminé. Dans toute la description et les revendications on définit un matériau anti- collage comme étant un matériau caractérisé par son inertie chimique aux températures considérées, et par sa faculté à empêcher ou diminuer l'adhérence, à la paroi chaude, des amalgames formés des particules et/ou des poussières en suspension dans les gaz chauds circulant dans l'enceinte ; facilitant ainsi le décollement des concrétions nuisibles au bon fonctionnement de l'ensemble. Le matériau anti-collage peut être constitué du revêtement réfractaire de la paroi si sa composition lui confère les caractéristiques anti-collage de surface énoncées ci-dessus, ou être constitué d'un revêtement supplémentaire, par exemple un revêtement céramique, par exemple celui commercialisé par la demanderesse sous l'appellation TIXOCOAT (marque déposée) On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description qui suit de deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple non limitatifs et faite en référence aux figures annexées - les figures 1 et 2 sont des schémas de principe de l'invention montrant, vue en coupe, la paroi à nettoyer et les différents moyens mis en oeuvre pour l'invention, avec respectivement en figure 1 un dispositif à un thermocouple de surveillance et en figure 2 un dispositif à deux thermocouples de surveillance. - La figure 3 montre à titre d'exemple une corrélation établie expérimentalement entre température de la paroi et épaisseur de la concrétion. L'invention est basée sur le principe suivant Toute paroi (1) réfractaire d'un four ou d'une enceinte chaude (2) présente un gradient thermique décroissant depuis la face interne chaude (3) du réfractaire de la paroi vers la face extérieure (4) de ladite paroi. Ce gradient thermique est perturbé par la présence d'un dépôt (5) de concrétion sur la face interne chaude (3). La concrétion a pour conséquence d'augmenter globalement la résistance thermique de la paroi (1). Par rapport à une situation initiale donnée, la température de n'importe quel point considéré dans la paroi (1) diminue donc en fonction de l'épaisseur de la concrétion (5). Une corrélation peut donc être établie entre l'épaisseur de la concrétion et la température de la paroi (1). Si un moyen de mesure de température est implanté dans la paroi (1) il produira un signal variable qui sera à même de déclencher le fonctionnement d'un moyen de détachement par exemple un canon à air (6) ou tout autre moyen efficace pour autant qu'il ne maltraite pas un matériau anti-collage (11) de surface. Chaque moyen de détachement (6) pourra être commandé par un calculateur permettant de programmer une température de déclenchement détectée par un moyen de mesure de température (12, 12') placé à l'intérieur de la paroi réfractaire (1). On se rapporte à présent à la figure (1) et à la figure (3) correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. Une enceinte chaude (2) est équipée d'au moins un, voire plusieurs moyens de détachement (6), par exemple un canon à air comportant une capacité (8) d'air comprimé à la pression (P), une vanne de déclenchement (9), un conduit d'éjection (7). Sur l'exemple de la figure 1, un calculateur (10) déclenche la vanne (9) dès que la température (T2) détectée par un thermocouple (12) atteint un seuil prédéterminé, ce qui libère l'énergie de l'air comprimé à la pression (P) et accumulé dans la capacité (8) du canon à air. Les moyens de détachement (6) peuvent avoir une action groupée, obéissant à un programme d'ensemble préétabli sur l'ensemble des calculateurs, certains des moyens de détachement pouvant être déclenchés prioritairement s'il sont situés dans des zones particulièrement sujettes à l'encrassement comme par exemple à proximité des angles. La loi régissant la variation de la température (T2) est une fonction linéaire de l'épaisseur (C) de la concrétion (5) et le graphe de la figure (3) en est une illustration. Cette loi est aisément calculable par un homme du métier. La température de déclenchement est fonction des différents paramètres d'implantation du moyen de mesure (12) dans le paroi (1) par rapport au moyen de détachement (6). A titre d'exemple, le tableau ci-après donne un relevé de mesures établies à partir des paramètres non limitatifs suivants R = résistance thermique globale de la paroi réfractaire et isolante = 1.4 m2 C/W He = coefficient d'échange de la paroi extérieure = 10W/m2 C Hi = coefficient d'échange de la paroi intérieure = 50 W/m2 C LA = conductivité de la paroi où est implanté le thermocouple = 1.5 W/m C LB = conductivité du coating céramique + 2 W/m C LC = conductivité de la concrétion = 1 W/m C Ti = température intérieur de l'enceinte = 1000 C Te = température ambiante extérieur = 30 C T, =température du revêtement céramique TZ = température de la paroi Ro = distance entre thermocouple et canon à air. Ro est choisi à l'intérieur de la zone d'efficacité du canon à air, de telle façon que le déclenchement du canon provoque à coup sûr le décollement de la concrétion d'épaisseur C sur toute la surface couverte par la zone d'efficacité. A = profondeur du thermocouple = 2 cm A est la profondeur d'implantation du thermocouple par rapport à la surface chaude de la maçonnerie réfractaire. Elle doit être aussi près que possible de cette face chaude. B = épaisseur du revêtement = 3 mm C = épaisseur de la concrétion = variable. Q = densité du flux thermique Le tableau de mesure appelé tableau I est donné en fin de description. Dans cet exemple on prend pour hypothèse de calcul un régime thermique établi à l'équilibre et une paroi de dimension indéfinie (isothermes dans des plans parallèles). Dans cet exemple, on voit qu'une température de déclenchement réglée à 954 C décolle une concrétion d'épaisseur très variable selon que la température de fonctionnement de l'enceinte varie de 1000 C à 1200 C. Dans un tel cas, l'épaisseur de la concrétion varie de 60 à 386 mm. On se rapporte à présent à la figure 2. Ce deuxième mode de réalisation se distingue du précédent par l'adjonction d'un deuxième thermocouple (12') à la profondeur (A') et détectant une température (T2') de la paroi. Bien que plus onéreux, ce deuxième mode de réalisation permet une gestion beaucoup plus fine de l'épaisseur (C) de la concrétion (5), et il pourra être utilisé de préférence au premier mode de réalisation selon l'implantation et/ou le type d'enceinte. A titre d'exemple, le tableau ci-après donne un relevé des mesures établies à partir des mêmes paramètres que précédemment auxquels s'ajoutent les paramètres (T'2) et la variation (T2 - T'2), et le calculateur (10) déclenche la vanne (9) dès que la variation de l'écart des températures (T2 - T'2) détectées par deux thermocouples (12 et 12') atteint un seuil prédéterminé. Le tableau de mesures, appelé tableau II est donné en fin de description. Ici avec un déclenchement réglé à 1.3 C de la variation (T2-T'2), l'épaisseur (C) varie sur un intervalle plus réduit compris entre 60 et 50 mm. Dans le cas d'un procédé de production avec un régime variable de température d'enceinte, on a tout intérêt à gérer le canon à air avec deux thermocouples pour s'affranchir des fluctuations de la température de l'enceinte une forte élévation de température retarde le déclenchement et permet un dépôt plus important. A l'inverse, une diminution de la température provoque le déclenchement avec une faible épaisseur de dépôt. Une gestion avec deux thermocouples est plus précise, mais aussi plus coûteuse à réaliser. Dans la plupart des cas, un seul thermocouple suffit car la température d'enceinte est relativement constante. Parmi les avantages des modes de réalisations décrits précédemment on peut noter notamment - meilleure conduite du procédé de production, - pas de déclassement du clinker, - consommation réduite d'air comprimé - suppression des obstructions dans les circuits des gaz (gaines d'air tertiaire, boîte à fumée,..), donc soulagement des ventilateurs, - amélioration de la tenue du réfractaire, - suppression des opérations manuelles de nettoyage. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour le détachement des concrétions qui se forment sur la face interne (3) de la paroi (1) d'une enceinte chaude traversée par des gaz chauds empoussiérés, par exemple et non limitativement dans les zones sensibles des parois réfractaires des fours à ciment, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins un moyen de détachement de la couche de concrétion formée sur la face interne (3) de la paroi (1) de l'enceinte chaude, un matériau anti-collage (11) localisé sur une partie au moins de la face interne (3) de ladite paroi de l'enceinte chaude, un dispositif de gestion et de déclenchement automatique de chaque moyen de détachement (6) en corrélation avec une température (T2) ou une variation d'un écart de température (T2-T'2) de la paroi dans une zone de surveillance prédéterminée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détachement (6) consiste en au moins un canon à air dont le conduit (7) d'éjection d'air comprimé traverse la paroi (1) de l'enceinte chaude (2) et débouche dans ladite enceinte dans la zone de surveillance prédéterminée, ledit canon à air comportant également une capacité (8) d'air comprimé à la pression (P) et une vanne de déclenchement (7). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que chaque moyen de détachement (6) est commandé par un calculateur permettant de programmer une température de déclenchement détectée par au moins un moyen de mesure de température (12, 12') placé à l'intérieur de la paroi (1). 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de mesure de température (12, 12') sont des thermocouples, 5 Dispositif selon les revendications 2,3 et 4 caractérisé en ce qu'un calculateur (10) déclenche la vanne (9) dès que la température (T2) détectée par un thermocouple (12) atteint un seuil prédéterminé, 6 Dispositif selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le calculateur (10) déclenche la vanne (9) dès que la variation de l'écart des températures (T2-T'2) détectées par deux thermocouples (12) et (12') atteint un seuil prédéterminé. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le matériau anti-collage (11) est un revêtement céramique. 8 Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le matériau céramique (11) est un matériau commercialisé sous la dénomination TIXOCOAT (marque déposée). 9 Disposition selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le matériau céramique est constitué du réfractaire de la paroi.