Brevet FR2984765A1 — publié le 20130628

La présente invention concerne la fabrication du ciment et en particulier les cyclones de préchauffage utilisés pour l'élaboration du clinker et concerne particulièrement un dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone. Les ciments usuels sont fabriqués à partir d'un mélange composé d'environ 80% de calcaire (CaCO3) et d'environ 20% d'argile (Si02-A1203). Selon l'origine des matières premières, ce mélange peut être corrigé par apport de bauxite, oxyde de fer ou autres matériaux fournissant le complément d'alumine et de silice requis. Le calcaire et l'argile sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à haute température (1450°C) dans un four rotatif. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le clinker qui est finement broyé de façon à obtenir le ciment. Avant la cuisson haute température dans le procédé par voie sèche, la poudre (farine) obtenue après le concassage est envoyée dans un échangeur qui est une tour de préchauffage ou pré-calcination constituée de cyclones. Dans un cyclone, des gaz chauds provenant principalement des fumées dégagées par le four et circulant de bas en haut, réchauffent la farine crue qui circule de haut en bas, par gravité. La farine s'échauffe au delà de 800 °C environ et se décarbonate en libérant du gaz carbonique (CO2). La farine chaude pénètre ensuite dans le four rotatif où elle est transformée en clinker sous l'effet d'une flamme de 2000 °C. L'échangeur à cyclones est généralement constitué de plusieurs étages de cyclones, en général 4. Ce nombre d'étages constitue le meilleur compromis entre coût d'investissement et coût d'exploitation avec un faible coût de l'énergie thermique. Le nombre d'étages peut être porté à 5 et même 6 dans les configurations où les matières premières relativement sèches ne nécessitent pas un apport thermique très important pour effectuer leur séchage. L'échangeur à 4 étages permet l'équilibre entre la chaleur disponible dans les fumées sortant de l'échangeur entre 350 et 380 °C et le besoin en chaleur pour évaporer l'humidité de matières premières à 8 ou 9 % d'eau. A l'intérieur d'un cyclone, la farine, dont la température peut atteindre plus de 900°C, se retrouve sous différentes 5 formes. En fonction des combustibles utilisés et de la nature des matières premières, la matière dans la tour peut s'enrichir de SO2 ou de Cl, ou d'alcalins, qui peut favoriser la formation de concrétions qui peuvent colmater le cyclone. Le délai de 10 détection est crucial puisqu'il détermine la nature de l'action corrective à appliquer. Le cyclone est muni de canons à air capables de supprimer les colmatages s'ils sont pris à temps. Mais un arrêt de production est souvent à prévoir pour un délai d'intervention supérieur à quelques minutes. Dans ce cas, une 15 intervention manuelle particulièrement dangereuse pour le personnel (températures d'expositions et présence de chaux vive), peut être effectuée. L'impact humain est significatif puisqu'il s'agit de la première cause de décès dans le milieu cimentier. 20 On a donc songé à utiliser une méthode de détection du bourrage qui évite l'intervention humaine. Etant donné la température de l'enceinte du cyclone, la méthode de détection doit obligatoirement être sans contact et doit pouvoir s'effectuer derrière les écrans thermiques qui tapissent 25 l'intérieur du cyclone. Une méthode de détection utilisée est la mise en place d'une source ionisante de rayons gamma et la détection des rayons gamma par un capteur après atténuation par la matière se trouvant dans le cyclone, et donc détection d'un éventuel 30 blocage du cyclone. Malheureusement, cette méthode présente plusieurs inconvénients. En effet, les rayons gamma qui ont une fréquence supérieure à 1019 Hertz, permettent de détecter des objets d'une taille inférieure au centième de micron. C'est donc utiliser un moyen inutile et dispendieux pour détecter au plus 35 des amas résultant de l'accumulation de matière sur la paroi interne du cyclone ayant une taille de plusieurs cm. En outre, autant les ondes électromagnétiques que sont les rayons gamma sont efficaces pour la détection d'objets microscopiques, autant ils ne sont pas adaptés pour la détection d'objets de taille centimétrique. Mais l'inconvénient majeur des rayons gamma est leur nocivité. Il faut en effet confiner l'émetteur de rayons gamma dans une enceinte à parois épaisses et absorbantes pour éviter le danger que représente pour un opérateur une exposition aux rayons gamma. C'est d'ailleurs pour cette raison que l'utilisation de rayons gamma sera interdite dans un proche avenir. C'est pourquoi, le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités en fournissant un dispositif de détection 15 des risques de blocage d'un cyclone par radiométrie sans faire appel à des rayons ionisants tels que des rayons gamma. L'objet principal de l'invention est donc un dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone dans la fabrication du ciment comprenant un émetteur d'ondes 20 électromagnétiques et un capteur d'ondes électromagnétiques. L'émetteur est adapté pour émettre des ondes électromagnétiques à travers le cyclone et le capteur est adapté pour capter les ondes électromagnétiques atténuées après la traversée du cyclone de façon à détecter la présence d'amas de matière sur la paroi 25 interne du cyclone ou son blocage. Le dispositif est caractérisé en ce que les ondes électromagnétiques sont des micro-ondes. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence. 30 La figure 1 qui représente schématiquement un cyclone dans un échangeur à cyclones utilisé pour la pré-calcination du clinker, et La figure 2 est un bloc diagramme du dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone selon un mode de 35 réalisation de l'invention. La figure 1 représente un cyclone 10 faisant partie d'un échangeur de chaleur. Bien qu'un seul cyclone soit représenté, un échangeur de chaleur comprend généralement 4, 5 ou 6 cyclones superposés. Les gaz chauds qui sont généralement des fumées provenant du four rotatif utilisé pour la cuisson du clinker, arrivent de bas en haut dans le conduit 12, selon la flèche 14, en provenance du cyclone inférieur. La matière en poudre ou farine provenant du cyclone supérieur est fournie par le conduit 16 selon la flèche 18. Les gaz chauds entraînent la farine dans le conduit 12 vers le cyclone 10 où la farine est entraînée en rotation de façon cyclonique en même temps qu'elle descend vers le bas du cyclone. Les gaz chauds sortent par l'ouverture 20 dans le haut du cyclone, selon la flèche 22, vers le cyclone supérieur. En bas du cyclone 10, la farine est évacuée par l'ouverture 24, selon la flèche 26, vers le cyclone inférieur. Conformément à l'objet de l'invention, un dispositif de détection des risques de blocage du cyclone est installé à l'extérieur sur le cyclone. Ce dispositif comprend deux éléments : un émetteur de micro-ondes électromagnétiques 28 et un capteur de micro-ondes 30 placés sur le cyclone de part et d'autre de la partie inférieure du cyclone de forme conique. L'émetteur 28 émet des signaux dont la fréquence se situe entre 109 et 5.101° hertz et de préférence comprise entre 7.109 et 1010 hertz. En rappelant que la taille d'un objet à détecter par une onde électromagnétique doit être au moins égale à la longueur d'onde de cette onde, les micro-ondes émises par l'émetteur 28 et qui traversent le cyclone permettent de détecter des amas résultant d'accumulation de farine d'une taille allant de quelques cm à plusieurs dizaines de cm. A noter que, à l'instar d'un four micro-ondes, l'émetteur est à l'intérieur d'un boîtier empêchant les micro-ondes de parvenir à l'extérieur. Mais, il n'est pas nécessaire d'utiliser des parois de protection épaisses en un matériau absorbant comme c'est le cas d'un émetteur de rayons gamma. En référence à la figure 2, le capteur 30 recevant les micro-ondes émises par l'émetteur 28, détecte si ces micro-ondes ont été atténuées par absorption due à des amas de matière dans le cyclone. Le capteur 30 transmet la valeur du signal reçu à un 5 32 connecté à un dispositif d'affichage 34 permettant à un opérateur de déterminer s'il s'agit de simples amas de matière se trouvant sur la paroi interne du cyclone ou d'une obstruction totale du cyclone, auquel cas il y a blocage, ce qui nécessite une intervention par l'opérateur pour soit arrêter 10 l'installation ou prendre des mesures correctives. Selon un mode de réalisation spécifique de l'invention, le processeur 32 peut transmettre directement par la ligne 36, sans intervention de l'opérateur, la mise en marche d'un canon à air (ou air choc) se trouvant à l'intérieur du cyclone s'il s'agit 15 d'amas sur la paroi du cyclone, ou transmettre directement par la ligne 38, sans intervention de l'opérateur, un signal de commande de l'arrêt de l'installation s'il s'agit d'un blocage de ce dernier. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone (10) dans la fabrication du ciment comprenant un 5 émetteur d'ondes électromagnétiques (28) et un capteur d'ondes électromagnétiques (30), ledit émetteur étant adapté pour émettre des ondes électromagnétiques à travers ledit cyclone et ledit capteur étant adapté pour capter les ondes électromagnétiques atténuées après la traversée dudit cyclone 10 de façon à détecter la présence d'amas de matière sur la paroi dudit cyclone ou son blocage; Le dit dispositif étant caractérisé en ce que lesdites ondes électromagnétiques sont des micro-ondes. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdites 15 micro-ondes ont une fréquence comprise entre 109 et 5.1010 hertz. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel lesdites micro-ondes ont une fréquence comprise entre 7.109 et 1010 hertz. 20 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel ledit émetteur (28) et ledit capteur (30) sont placés à l'extérieur sur ledit cyclone (10), de part et d'autre de la partie basse de forme conique dudit cyclone.