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"COMBUSTION DE COMBUSTIBLE DIFFICILEMENT
EMI1.1
INF2r2',UABLE"
La présente invention vise un procédé pour la com- bustion de combustiole difficilement inflammable et qui, à l'état pulvérisé et mélangé avec de l'air, est insufflé par un brûleur dans un four, notamment un four rotatif, ainsi qu' une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Il est connu que certains combustibles, tels que l'ahthracite, même s'ils sont insufflés dans un four à l'état pulvérisé et mélangés'avec de l'air, s'enflamment difficilement en raison de leur faible teneur en matières volatiles et aussi que le charbon à gaz normal s'enflamme sans difficulté à l'é- tat ci-dessus mentionné, car ce charbon dégage, à des tempé- ratures relativement basses, une grande quantité de consti- tuants volatils qui brûlent sous forme de gaz facilement inflammable et développent ce qu'on appelle les calories de gaz, qui pour un charbon de ce genre se chiffrent à environ 1500- 2000 par kg.
Pour l'anthracite, par contre, le chiffre de ca- lories de gaz est si bas, environ de 300-400 par kg, que la
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chaleur développée ne suffit pas à enflammer le coke que donnent les particules de carbone dès qu'elles sont insufflées dans le four. Les particules solides de carbone de l'anthra- cite ne s'enflamment qu'à environ 900 . La chaleur que déve- loppent les calories de gaz provenant de l'anthracite ne peut donner aux particules solides de carbone qu'une température d'environ 400 , étant donné que la quantié nécessaire d'air primaire est également chauffée jusqu'à cette température.
Dans les procédés connus, l'air secondaire ajouté accuse éga- lement une température d'environ 400 et, en conséquence, ne peut pas activer l'inflammation. Dans le procédé connu jus- qu'ici, l'inflammation du combustible ne se fait qu'à un en- droit situé plus loin dans le four, de sorte que la zone de cuisson n'est plus visible. Il devient par conséquent impossi- ble de contrôler la cuisson, de'sorte que le degré de cuisson, par exemple de clinkers à ciment produits dans le four, varie. S'il y a une mauvaise inflammation du combustible dans la flam- me, le combustible non brûlé qui tombe sur la matière, par exemple les clinkers à ciment cuits, en occasionnera une ré- duction, en les décolorant.
Les conditions mentionnées qui s'appliquent à l'anthracite se présentent également avec d'au- tres combustibles difficilement inflammables, tels que du charbon et de la tourbe tres humides et riches en cendres ou du charbon tres grossier ainsi que de l'huile difficilement inflammable.
Suivant l'invention, les inconvénients susmentionnés sont'éliminés, et la caractéristique du procédé suivant l'in- vention est que l'air secondaire nécessaire pour la combus- tion et d'autre air ou gaz éventuel amené au four en plus de l'air primaire, et qui exerce une action réfrigérante sur le jet de carbone sortant du brûleur ou sur la matiere dans le four qui se trouve au-dessous de celui-ci, est introduit dans le four à un endroit situé au-dessus du brûleur; sans péné- trer dans la partie de la coupe transversale du four qui se trouve entre le brûleur et la matiere. Suivant l'invention, l'air ou le gaz qui est déjà entré dans le four peut être as- piré de celui-ci avant que cet air ou gaz ne gagne la coupe transversale du four situé entre le jet de carbone et la ma- tière dans le four.
Selon l'invention on peut réinsuffler en partie, directement dans le four comme air primaire, de l'air aspiré du four, et en partie le faire passer à travers un appareil de broyage avec séparateur cyclone d'où il est in- troduit dans le four comme air secondaire. On peut également
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suivant l'invention insuffler en partie directement dans le four comme air secondaire de l'air aspiré du four, et en partie le faire passer à travers un appareil de broyage d'où il est introduit dans le four conjointement avec le combustible broyé. De plus, conformément à l'invention, on peut aussi amener au four, outre de l'air ou du gaz aspiré du four, des matières à une température telle, ou qui avec cet air ou gaz sont susceptibles de développer une température telle, que les particules de carbone sortant du brûleur s'enflamment.
Ainsi, on peut introduire dans le four des matières combustibles, par exemple du combustible solide pulvérisé ou du gaz de gazogène, ces matières combustibles étant brûlées séparément dans le four conjointement avec l'air y introduit, de façon à fournir de la chaleur aux particules de carbone et à l'air primaire venant du brûleur. Si l'on introduit séparément du gaz de gazogène fourni par un gazogène disposé en dehors du four, cela veut dire qu'on introduit dans le four des calories de gaz qui sont facilement inflammables, de façon à remédier à l'inconvénient des combustibles en question, à savoir qu'ils n'accusent qu'une faible teneur en calories de gaz.
Suivant l'invention, on peut aussi mélanger l'air ou le gaz aspiré du four avec des gaz de fumées chauds, pour les réintroduire dans le four. Les gaz de fumées peuvent par exemple provenir d'un foyer auxiliaire.
Suivant l'invention, le rayonnement de la chaleur de la matiere aux particules de carbone sortant du brûleur, après que le passage de l'air ou du gaz réfrigérant par dessus la matiere au-dessous de celles-ci a été empêché, peut augmenter encore par l'addition à la charge de corps indifférents, par exemple en cas de cuisson du ciment, des clinkers à ciment déjà cuits. Cela augmente la quantité de matière passant dans le four par dessous les particules de carbone et augmente la quantité de chaleur fournie à celles-ci comme chaleur rayonnante, de façon à permettre l'inflammation des particules de carbone. A titre d'exemple on peut employer dans la charge environ 50% de matière retournée.
Selon l'invention on ootient une augmentation du rayonnement de la chaleur de la matiere dans le four rotatif aux particules de carbone, étant donné que la matière n'est pas refroidie par le passage d'air ou de gaz par dessus celleci pendant qu'elle-se trouve au-dessous des particules de carbone sortant du brûleur. Cette augmentation du rayonnement de la chaleur provoque un chauffage.intense des parti-
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cules de carbone du brûleur, de sorte qu'elles s'enflamment.
De plus, on obtient par l'amenée de l'air secondaire au four au-dessus du brûleur que les particules de carbone sortant du brûleur, une fois enflammées, ne brûlent pas très violem- ment, comme cela est le cas si l'on ajoute l'air secondaire uniformément réparti autour du brûleur. Une combustion calme des particules de carbone implique que le revêtement du four n'est pas exposé à des températures assez élevées pour l'en- dommager. En tout, l'invention permet d'opérer dans la zone de cuisson du four rotatif avec des températures normales, par exemple pour la cuisson du ciment dans le four rotatif avec une température des clinkers d'environ 1450 , et toute- fois d'obtenir une inflammation satisfaisante de l'antnracite ou d'un autre combustible difficilement inflammable.
Une tem- pérature normale dans la zone de cuisson est extrêmement im- portante pour le revêtement, car une température de la matié- re dans la zone de cuisson se chiffrant à environ 1650 com- porte une réduction de la durée du revêtement à une fraction de celle qui correspond à la température normale. Suivant l'invention, on a trouvé possible de brûler un anthracite 100% qui n'accuse qu'une valeur en calories de gaz se chif- frant à environ 170 par kg d'anthracite sec, et qui contient environ 20% de cendres. De plus, on outient que la zone de cuisson reste visible, et on évite une décoloration des clin- kers à ciment. En outre, l'air secondaire amené au-dessus du br@uleur agit comme une couche réfrigérante protectrice du revêtement du four rotatif.
Le procédé suivant l'invention n'est pas restreint aux fours du type four rotatif, mais est applicable partout où un combustible difficilement inflammable est insufflé dans un four à l' état pulvérisé et mélangé avec de l'air. A titre d'exemple de combustibles susceptibles de brûler suivant l'invention, on peut citer des mélanges de genres d'anthraci- te difficilement inflammable avec des charbons très riches en cendres, ou des mélanges avec des charbons très humides ou des mélanges d'anthracite avec des poussieres de tourbe con- tenant 50% d'eau.
L'air aspiré du four suivant l'invention est ordi- nairement, en cas de fours rotatifs, de l'air qui a servi au refroidissement de la matiere venant du four rotatif. Cet air aspiré du four peut être employé pour d'autres buts que de servir d'air secondaire au four d'où il vient d'être aspiré.
Par exemple, il peut servir au séchage de matière en dehors
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dudit four. La température de l'air 'qui suivant l'invention est aspiré d'un four rotatif à cuisson du ciment est d'environ 400 , et, pour la combustion des combustibles difficilement inflammables, il est particulièrement avantageux d'en tirer l'air primaire.
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inven- tion on peut se servir d'une installation comprenant un four, notamment un four rotatif, et un brûleur disposé dans celui-ci,
Ce qui caractérise l'installation suivant l'inven- tion c'est qu'on a disposé dans le four au mons un tuyau abou- tissant au-dessous du brûleur de celui-ci et-destiné à aspi- rer de l'air du four, et au moins un tuyau aboutissant audessus dudit brûleur et destiné à insuffler de l'air dans le four. Suivant l'invention on peut encore disposer au-dessous du brûleur dans le four un brûleur .auxiliaire qui est raccordé de préférence, à la même installation de broyage, de combus-, tible que le brûleur principal, ou qui est raccordé à un foyer auxiliaire ou à un gazogène disposés en dehors du four.
Selon l'invention, on peut disposer le brûleur auxiliaire centralement dans le brûleur principal. Le combustible du brûleur auxiliaire et du foyer auxiliaire peut, par exemple, être du même, genre que celui qu'on brûle dans le brûleur principal du four. A titre d'exemple, on peut employer 20% de la consommation totale en combustible pour le brûleur au- xiliaire ou pour le foyer auxiliaire. En tout cas, -c'est à condition que l'amenée totale de chaleur au jet de carbone du brûleur,soit assez élevée pour chauffer les particules de carbone jusqu'à la température d'inflammation, c'est-à-dire, jusqu'à environ 900 .
L'invention est représentée sur le dessin annexé où:
La figure 1.montre une installation de chauffage d'un four rotatif.
La figure 2 montre une installation pour un four rotatif à chauffage par cyclone.
Fig. 3 représente une variante de l'installation à four rotatif de la figure 2.
Fig. 4 est une coupe suivant IV-IV de la figure 3.
La figure 5 représente une modification d'une ins- tallation de chauffage suivant l'invention.
Sur la figure 1, 1 représente l'extrémité inférieure d'un four rotatif muni de refroidisseurs planétaires 2. Le chauffage du four se fait au moyen d'un tube brûleur 1 qui,
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par le ventilateur 4 et le tuyau 5, est alimenté en charbon pulvérisé provenant du broyeur à charbon 6. De l'air chaud venant du four rotatif est amené à ce broyeur par le tuyau 7.
L'air secondaire pour la combustion est constitué par l'air réfrigérant qui, venant des refroidisseurs planétaires 2 par les ouvertures 11, passe dans le four, et est uniformément distribué autour du brûleur 3. Cependant, l'air réfrigérant qui entre par les ouvertures 11 se trouvant au-dessous du brû- leur 3. est empêché de passer par dessus la matiere au-dessous de la flamme, étant aspiré par les tuyaux 7 et 8 au moyen des ventilateurs 4 et . Par le tuyau 10 l'air du ventilateur 9 est réintroduit dans le four au-dessus du brûleur 3. Le tuyau 10 est disposé dans le four au-dessus du brûleur 3 d'une telle façon que les gaz insufilés par ce tuyau ne s'échappent pas par les tuyaux 7 et 8.
Sur la figure 2,12 réprésente l'extrémité inférieure d'un four rotatif entourée par le fond mobile 13. Le chauffage se fait par le tube brûleur,14, et l'air secondaire est notamment l'air qui a servi au refroidissement de la matiere traitée dans le four et montant d'un refroidisseur, disposé au-dessous du four, par le fond mobile 13, pour passer dans le four. Cependant, avant d'arriver sous la flamme, il est aspiré du four par les tuyaux 15 et 17 à l'aide des ventilateurs 16 et 22.
Le tuyau 17 conduit au broyeur à charbon 18 où le combustible est séché par l'air y amené et d'où l'air transporte le charbon pulvérisé par un tuyau 19 à un cyclone 20 où'le charbon pulvérisé est déposé, après quoi l'air, par un tuyau 21,à l'aide du ventilateur 22, est expédié dans le four par un tuyau 23 disposé au-dessus du brûleur. Le charbon pulvérisé est conduit du cyclone 20 par un tuyau 24 et par une écluse 25 directement au brûleur 14 d'où, à l'aide de l'air primaire, il est introduit dans le four pour être allumé.
Le chauffage montré sur la figure 1 peut être appliqué sans façon à un four comme représenté sur la figure 2, et vice versa le chauffage montré sur cette figure peut également être appliqué aux fours du type représenté sur la figure 1.
Sur la figure 2, on a représenté en pointillé comment un troisième ventilateur 27, par un tuyau 28, peut aspirer de l'air du tuyau 17, pour réintroduire cet air par un tuyau 26 dans le four en haut de celui-ci. Dans le tuyau 28, on a disposé une soupape de réglage 29. Par le ventilateur 27 passe une quantité de l'air aspiré par le tuyau 17 telle qu'il ne passe à la machine de broyage 18, et de là au venti-
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lateur 22, que la quantité d'air qu'on désire pour le séchage dans la-machine de broyage et le transport du combustible broyé au cyclone 20. Au lieu du ventilateur 27 et des tuyaux 26 et 28, on peut arriver au même résultat en intercalant le tuyau 30 représenté en pointillé sur la figure 2, pourvu qu'on . ait disposé dans ce tuyau une soupape de réglage 31.
Le tuyau
30 agit ainsi comme un by-pass entre le tuyau 17 et le tuyau
21.
Dans l'installation de la figure 3, le combustible est amené du cyclone 20 par un tuyau 35 à un tuyau 33 sur le côté d'aspiration du ventilateur 16. L'air est aspiré du four par un tuyau 32, et le tuyau susmentionné 33 est raccordé avec ce tuyau 32, de sorte qu'une partie de l'air aspiré du four passe par le ventilateur 16, pour être insufflé directement par le brûleur 14 comme air primaire. Dans le tuyau 33, on a prévu un clapet de réglage 37 réglé de façon à assurer la pré- sence de la quantité voulue d'air primaire. Sur la figure 3, on a montré un by-pass 34 entre le tuyau 32 et le ventilateur
22, avec un clapet de réglage'36. Ce by-pass correspond ainsi au by-pass 30 qui est représenté en pointillé sur la figure
2. Dans le tuyau 32, on a également prévu un clapet de régla- ge 43 immédiatement avant la machine de broyage 18.
Sur la figure 3, on a de plus représenté un ventilateur 39 qui, par un tuyau 40 avec clapet de réglage 41, aspire également de l'air du tuyau 32. Dans le tuyau 40, on ajoute, par le tuyau
42 du cyclone 20, du combustible à l'air aspiré par le venti- lateur 39, et le mélange d'air et de combustible est refoulé par un tuyau 50, dont l'extrémité extérieure est aménagée com- me un brûleur auxiliaire 38, dans le four juste au-dessus de la matiere, comme cela ressort le plus clairement de la figure
4. Par ce brûleur auxiliaire 38, de préférence en forme d'une tuyere plate, on insuffle un petit jet de combustible pré- chauffé juste au-dessus de la matière chaude dans le four.
Ainsi, il sera possible d'enflammer instantanément ce jet de combustible, ce qui a pour résultat, conjointement avec la chaleur rayonnante de la matière dans le four, que les parti- cules de carbone du jet de combustible sortant du brûleur principal 14 sont chauffées jusqu'à la température d'inflam- mation. Ce qui contribue à.l'inflammation instantanée du combustible du brûleur auxiliaire c'est l'emploi d'air pri- maire aussi chaud que possible pour celui-ci.
La figure 5 représente une installation où l'on a intercalé après le ventilateur 22 un foyer auxiliaire 46.
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L'air du ventilateur est refoulé, partie par le tuyau 44 dans le foyer auxiliaire, partie par un by-pass 47, en passant par dehors le foyer auxiliaire. Dans les deux tuyaux, on a disposé des clapets de réglage 45. Après le foyer auxiliaire 46, les deux courants d'air se réunissent et passent par un tuyau 48 dans le four. Le brûleur proprement dit se compose d'un tube 49 disposé concentriquement autour du tuyau 48. Le tube 49 communique avec le ventilateur 16 comme dans l'installation mentionnée ci-dessus. La combustion du combustible dans le foyer auxiliaire se fait par l'air chaud amené à celui-ci par le tuyau 44. L'air chaud qui quitte le foyer auxiliaire, mélangé avec un peu de gaz de fumées, est insufflé par le tuyau 48 centralement dans le jet de combustible du brûleur 49.
La chaleur de l'air, conjointement avec la chaleur rayonnante de la matiere dans le four, fait que les particules de carbone du jet de combustible sortant du brûleur 49 sont chauffées jusqu'à la température d'inflammation et brûlent sans qu'on ait besoin d'opérer dans la zone de cuisson avec des températures plus élevées que cela n'est le cas si l'on emploie du charbon à gaz normal. La température nécessaire pour l'air chauffé du foyer auxiliaire s'est avérée être environ de 7250 pour un genre d'anthracite.