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La présente invention est relative à un four vertical servant à calciner la pierre à chaux et, plus particulièrement, à un four à chaux comportant un dispositif perfectionné y assurant une répartition uniforme de la chaleur.
Le procédé actuel de calcination de la pierre à chaux s'effectue dans un four tournant ou un four verticale Le four tournant est assez effi- cace, mais ce type de four est coûteux à installer et, pour la calcination, il faut beaucoup plus de combustible que dans un four vertical. Dans ce dernier, on peut utiliser comme charge un mélange de pierre à chaux et de coke, mais ce procédé de calcination de la pierre à chaux n'est efficace que si le combustible solide est bien réparti. Un gros inconvénient des fours à charge mixte est que, dans beaucoup de cas, la cendre provenant du coke devient une partie nuisible du produit final.
De plus, le coke est un combustible plus coûteux que les combustibles liquides ou gazeux qui pré- sentent les avantages supplémentaires d'avoir une faible teneur en soufre et de ne pas contenir de cendreso
On a déjà essayé de griller la pierre à chaux dans un four ver- tical en utilisant des combustibles fluides tels que des mélanges combusti- bles liquides ou gazeuxo Ces essais n'ont, en général, pas donné satisfac- tion, du fait de la température élevée de la flamme produite par la combus- tion du combustible fluide.
Un des principaux problèmes qui se posent avec les fours chauffés par fluide consiste en ce qu'il est difficile d'avoir une répartition et un mélange uniformes d'air et de combustible fluide dans la zone de calci- nation du four. Il arrive souvent que la combustion des mélanges de combus- tibles fluides soit plus complète dans une section du four que dans une au- tre. Il en résulte que dans certaines sections, la matière à traiter est surchauffée et fond en donnant des masses agglomérées, tandis que dans d'au- tres, la pierre à chaud n'est que partiellement brûlée en descendant, ce qui donne, dans le produit, une teneur élevée en pierre à chaux non calci- née.
Dans les fours verticaux habituels, on utilise, en général, des conduits réfractaires pour introduire le combustible fluide aussi uniformé- ment que possible dans la section transversale de la zone de calcination.
Etant fixes, ces conduits réfractaires tendent à se chauffer à des tempéra- tures plus élevées que la chaux en partie ou complètement calcinée qui pas- se, ce qui fait que la chaux tend à fondre et à se coller sur le système ré- fractaire, en gênant le déplacement de la matière dans le four.
La présente invention est relative à un procédé perfectionné de calcination de la chaux dans lequel on utilise des poutres refroidies par de l'eau au lieu de conduits réfractaires pour introduire et répartir le com- bustible fluide dans le four et dans lequel les poutres refroidies par l'eau sont disposées horizontalement dans différentes parties du four, la pierre. à chaux et la chaux descendant sur elles et autour d'elles. Ce déplacement fait qu'il se forme un vide (ne contenant pas de matière) en forme de V sous chaque poutre. Ces vides permettent d'observer visuellement le déplacement de la pierre à chaux en travers de tout le four, à différents niveauxo On peut ainsi déceler facilement un arrêt de l'écoulement de la matière et ob- server l'uniformité de la combustion.
En mesurant l'augmentation de la température de l'eau servant à refroidir les poutres, on peut établir la relation entre celle-ci et la tem- pérature de la charge. Si la température de l'eau indique une concentration excessive de chaleur dans le four, on peut prendre rapidement les mesures nécessaires pour modifier et régler la température de la charge de manière à
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produire une pierre à chaud calcinée de manière adéquateo
Le four vertical de calcination de la pierre à chaux selon l'in- vention comporte une cuve creuse présentant, dans le haut, des appareils servant à introduire la pierre à chaux à traiter et à évacuer les produits gazeux de la combustion.
Dans le bas du four, des goulottes servent à faire sortir la chaux refroidie et à introduire et réchauffer l'air au contact du produite Transversalement à la cuve, dans la zone de calcination, se trouvent des poutres refroidies par de l'eau, portant un conduit avec des sorties permettant de répartir des mélanges de fluides combustibles dans la zone de calcination. Les poutres sont disposées et construites de ma- nière à assurer une combustion complète du combustible à divers étages et à assurer une répartition uniforme de la chaleur de combustion dans l'en- semble de la zone de calcination.
Dans la cuve, sont ménagés des regards en dessous des poutres afin d'obtenir l'uniformité de la cuisson et la for- mation d'incrustations fondues, ainsi que des trous à ringards dans la cuve, au-dessus des poutres pour désintégrer les incrustations à l'aide de rin- gards
Dans le four, on utilise des poutres refroidies par de l'eau comme conduites servant à répartir les mélanges combustibles. La chaleur de la combustion de ces mélanges se répartit en plusieurs étages en envoyant une quantité d'air primaire insuffisante pour assurer la combustion complète du combustible, de sorte que les températures des gaz de combustion primai- re et des gaz combustibles ainsi produits à l'extrémité inférieure du four sont dans la gamme désirée de 1300 à 1400 C.
Des additions d'air secondai- re, introduites dans le bas du four et réchauffées par la chaleur sensible de la chaux qui descend, se mélangent avec les gaz ci-dessus et assurent une combustion secondaire dans la région du four qui est légèrement au des- sus de la région de combustion primaire.
En assurant une quantité d'air secondaire fortement en excès de celle qui est nécessaire pour brûler le combustible gazeux, on peut maintenir la combustion secondaire entre des li- mites désiréeso Ensuite, du fait de la chaleur fournie par les produits ga- zeux de la combustion qui montent, à des niveaux plus élevés dans la zone de calcination, le mélange de combustible et d'air primaire peut être pro- gressivement dilué par des produits gazeux de la combustion, recyclés, en utilisant un excès de combustible fluide,
de manière à obtenir une tempé- rature de combustion primaire et secondaire sensiblement la même que la température régnant en dessouso On peut obtenir ainsi une distribution uni- forme de la chaleur dans toute la zone de calcinationo
On a représenté un four selon l'invention sur les dessins annexés dans lesquels
La figo 1 est une coupe verticale du four,
La figo 2 est une coupe latérale faite suivant la ligne 2-2 de la figo 1.
La figo 3 est une coupe, à plus grande échelle suivant la ligne 3-3 de la fig. 1, de la poutre refroidie par de l'eau et d'arrivée de gaz, selon l'invention.
La figo 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figo 3.
La figo 5 est une coupe, à plus grande échelle, du tuyau de sortie, suivant la ligne 5-5 de la figo 1.
Le four à chaux 10 de la fig.1 comporte une cuve verticale 12 de section transversale rectangulaire présentant des parois d'extrémité 13 et 14, munies d'un revêtement réfractaire 15 et 16, avec trémie de charge- ment ordinaire 17 dans le haut du four, pour y introduire la matière à trai-
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ter. Des trémies de sortie 18, dans le bas du four, permettent d'enlever la chaux refroidie et de faire monter de l'air qui se réchauffe au contact de la chaux qui de scend
Des poutres 20 à forte résistance, en acier ou autre matière ré- sistant à la température, sont disposées horizontalement, en travers de la zone de calcination; elles sont portées à leurs extrémités opposées par les parois d'extrémité 13-13.
Ces poutres 20 s'étendent vers l'extérieur au delà de ces paroiso Elles sont à distance les unes des autres, verticale- ment et horizontalement, et elles sont décalées de manière à répartir au maximum le mélange combustible dans le four. On peut utiliser toute dis- tribution et tout nombre de poutres, mais, sur les figs. 1 et 2, il a été prévu cinq poutres décalées en deux rangées situées à des niveaux diffé- rentsg aucune des poutres n'étant en alignement vertical avec une autre.
Chacune des poutres 20 comporte une âme verticale 22 et des ai- les supérieures 23 et 24 etinférieures 25 et 26 relativement larges, s'é- tendant latéralement. Les extrémités des ailes 23 et 24 portent de petits prolongements 23a et 24a, faisant saillie latéralement sous les ailes, lé- gèrement au delà de leurs extrémités latérales. Des brides analogues 25a et 26a, fixées sur le dessus des ailes 25 et 26 se terminent au ras de ces ailes.
Sur les éléments 23a, 24a, 25a et 26a et sur l'âme centrale 22., sont soudées des plaques rectangulaires 23b, 24b, 25b et 26b, formant en- semble des conduits de refroidissement longitudinaux, de section transver- sale rectangulaire 28, 29, 30 et 31, servantà refroidir la poutre 20. Des parois latérales 33 et 34 relient les extrémités latérales des plaques 23b, etc. pour constituer des passages longitudinaux 35 et 36 amenant les gaz dans le four. Ces parois latérales 33 et 34 peuvent comporter des conduits longitudinaux de refroidissement 38, 39, 40 et 41, analogues aux conduits 28, 29, 30 et 31.
De l'eau de refroidissement peut passer en série dans ces conduits à l'aide de raccords étanches 43 montés entre les extrémités voisines des conduits longitudinaux pour y assurer une circulation conti- nue de l'eau. Ainsi, de l'eau de refroidissement arrivant à la conduite 28 passe, en sériedans les conduits 38, 39, 30, 31, 41, 40 et sort par le conduit 29. Une comparaison des températures d'entrée et de sortie de l'eau de refroidissement donne une bonne indication des conditions de tem- pérature régnant dans le four et elle constitue un moyen excellent et com- mode de détermination de l'uniformité de la température dans un certain nombre de régions de l'intérieur du four.
Les raccords 43 peuvent être amovibles de sorte que l'on peut retirer individuellement les poutres pour les réparer ou les remplacer.
La calcination se fait au moyen de mélanges combustibles qui ar- rivent au contact direct de la matière se trouvant dans la zone de calci- nation, par un-ou plusieurs tuyaux à combustible 45, présentant des orifi- ces de sortie 46 s'étendant., latéralement et espacés longitudinalement. Le combustible sortant des orifices 46 pénètre dans la zone de calcination par les ouvertures en forme de fentes 48 des parois latérales 33 et 34, la section totale de ces ouvertures étant inférieure ou égale à 60 % de la section transversale totale des passages 35 et 36, non occupée par les con- duits à combustible 45. On peut utiliser n'importe quel nombre ou dispo- sition des conduits à combustible 45, des orifices 46 et des ouvertures 48, les conduits 45 étant représentés ici en rangées verticales dans cha- que passage et portés par des supports 50.
Comme on le voit sur la figo 1, les conduits à combustible peuvent être des.tuyaux à extrémité fermée, dis- posés en double dans chaque passage, chaque paire introduisant du fluide combustible à intervalles espacés jusqu'au centre de la zone de calcina- tion du four.
Les ouvertures 48 sont représentées comme étant en regard des orifices 46, mais évidemment d'autres dispositions différentes sont
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également réalisables
On remarquera que, dans la construction particulière de la fig.3, il est possible que les ouvertures 48 soient obstruées par la pierre à chaux, en gênant ainsi le fonctionnement du système de répartition de com- bustibleo Pour éviter cela, chacun des prolongements 23a et 24a doit avoir un porte-à-faux suffisant pour donner un angle de chute suffisant, tel que l'écoulement du fluide combustible par les ouvertures 48 soit assuré à tout moment.
Le réglage de la température de combustion du combustible éjecté dans les tuyaux 45 est obtenu, selon l'invention, en utilisant l'espace non occupé par les conduits à combustible 45 dans les passages 35 et 36 comme conduits supplémentaires 52 d'admission d'air ou de gaz diluants, tels que des produits de la combustion recyclée.
Ces conduits 52 peuvent être compartimentés si on le désire afin d'éviter le mélange de fluides admis par les extrémités opposées de la poutre 20, en assurant ainsi davan- tage la répartition uniforme du combustible Etant donné que la combustion complète du combustible de la conduite 45 donne des températures dépassant beaucoup 1400 C, les fluides contenus dans les conduits 45 et 52 peuvent ar- river dans la zone de calcination par les ouvertures 48 en proportions tel- les qu'ils limitent la quantité d'oxygène primaire qui arrive au combusti- ble. de sorte que la combustion du mélange combustible peut être répartie en plusieurs étages de combustion.
Dans ce but, le mélange fluide arrivant au niveau le plus bas de la zone de calcination peut comporter un excès de fluide combustible avec suffisamment de gaz contenant de l'oxygène pour donner une flamme de 1400 C, au voisinage immédiat des poutres inférieures.
Le fluide combustible qui n'est que partiellement brûlé du fait du réglage de l'oxygène dans ce premier étage de combustion est disponible pour se mélanger à l'air réchauffé montante de combustion secondaire. La flamme supplémentaire produite par cette combustion secondaire ne donne qu'une augmentation modérée à la température due à la concentration limitée du gaz combustible dans ce combustible partiellement brûlé.
Pendant ce temps, la combustion primaire du combustible en excès et du gaz contenant l'oxygène, au niveau de la poutre supérieure, donne également une température de 1400 C, en laissant ainsi disponible du com- bustible supplémentaire partiellement brûlé'. pour l'oxygène qui reste dans l'air réchauffé qui monte.
Il ne peut se produire d'augmentation excessive de la température à ce niveau supérieur du fait de la quantité limitée d'oxygène restant dans l'air réchauffé qui monte et également du fait de la dilution de cet air par les produits de la combustion provenant du niveau de la combustion in- férieure. En conséquence, les mélanges combustibles provenant des conduits 45 et 52 arrivent, de manière réglable, dans plusieurs étages de combustion, de sorte qu'en aucun point de la zone de combustion il n'y a une tempéra- ture excessive.
Il est bien entendu que, bien que la description de la combustion donnée ci-dessus ait été simplifiée à titre d'explication, les mélanges combustibles peuvent brûler en un nombre quelconque d'étages ou peuvent ne brûler que partiellement si on le désire En pratique, le combustible doit être brûlé complètement au moment où il arrive dans le haut de la zone de calcination, laquelle, dans l'exemple représenté, s'étend jusqu'à la ligne de coupure des figso 1 et 2, car ce n'est qu'ainsi que l'on peut espérer que le four brûlera avec le maximum d'efficacité et d'économie.
Avant l'admission dans la zone de calcination du fluide contenu dans les conduits 45 et52, il est essentiel que ce fluide soit débarrassé
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de ses impuretés pour empêcher le bouchage du système de distribution du combustible. Dans ce but, le combustible et/ou l'air et/ou les produits recyclés peuvent être complètement nettoyés dans un épurateur du type Ven- turi, par exemple un épurateur Pease-Anthony, Les fluides ainsi épurés et utilisés dans la mise en pratique de l'invention sont limpides et inco- lores. Dans des analyses réelles effectuées sur des échantillons de 3 m3 de ces fluides purifiés, on n'a pas pu déceler des quantités décelables d'impuretés.
Les poutres 20 refroidies par l'eau présentent l'avantage évident consistant en un moyen nouveau d'examen visuel de la zone de calcination à partir d'un point situé à l'extérieur du four. La section transversale carrée de la poutre fait qu'il se forme un vide 62 en forme de V, qui s'é- tend horizontalement en travers du four, directement en dessous de la pou- tre. Au moyen de regards 64 ménagés dans les parois 13 et correspondant aux vides 62, on peut observer des signes préliminaires indiquant la for- mation d'incroustations, par exemple le changement de couleur de la flamme, en des niveaux différents du four, sans être gêné par des colonnes de sup- port.
On peut ainsi déceler facilement des accrochages et observer l'uni- formité de la combustiono
Lorsque l'on décèle la formation d'un accrochage, on peut bri- ser la masse de pierre à chaux accumulée en petits morceaux qui se dépla- cent avec la charge de pierre à chaux, à l'aide d'outils (non représentés) tels que des ringards, des perforatrices pneumatiques ou autres appareils mécaniques. On peut enfiler librement le ringard dans un trou approprié, allongé, 66 de la paroi 13' un peu au dessus de la poutre 20 et lui faire décrire un arc au dessus des éléments 23 et 24, afin de -Désagréger l'accrochage et de libérer la poutre des incrustations qui pourraient servir de noyaux pour des accrochages ultérieurs.
En utilisant des perforatrices, il est possible de faire fonctionner des fours de sections transversales beaucoup plus grandes que jusqu'ici.
Pour évacuer les gaz de la combustion, le haut de la cuve 12 peut être muni d'un ou de plusieurs tuyaux de forme appropriée, par exemple des conduites en forme d'auges retournées ou, de préférence, des tubes cylin- driques 54 disposés horizontalement en travers de l'arbre 12 et sortant au delà des parois 13-13. Comme on le voit sur la fig. 5, des ouvertures 55, ménagées dans les moitiés inférieures des tubes 54 servent d'entrées pour les gaz arrivant dans le haut de la cuve.
Comme caractéristique de l'invention, l'efficacité de la sortie des gaz du four est fortement améliorée par des jupes ou plaques latérales 56, fixées tangentiellement, par paires, sur les côtés opposés des tubes 54. descendant à partir de ceux-ci Etant donné que la pression de la pierre à chaux qui descend tend à rabattre ces jupes vers l'intérieur, on utilise des entretoises 57, fixées sur le bas de chaque paire de plaques 56 pour les maintenir écartées et en position verticale. Ces systèmes de jupes donnent une plus grande surface par laquelle le gaz peut'être retiré par les ouvertures 55. On obtient ainsi une réduction sensible de la vites- se du gaz d'échappement du lit de pierre à chaux.
Avec la disposition ci-dessus, les tubes de sortie 54 évacuent les gaz par aspiration au moyen d'un ventilateur (non représenté) dans un collecteur 60. Une partie des produits de la combustion passant dans le collecteur 60 peuvent être recyclés dans une partie inférieure de la zone de calcination ou dans les passages 35 et 36 des poutres 20, au moyen d'une conduite de retour 61, commandée par un robinet, pour régler et modifier davantage la température de la flamme dans la zone de calcination.
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Si les gaz d'échappement doivent être recyclés, il faut évidem- ment prévoir un dispositif d'enlèvement des poussières du type indiqué ci- dessus pour retirer les poussières entraînéeso
Pour mieux faire comprendre l'invention, l'exemple ci-dessous montre le progrès de la combustion à plusieurs étages dans le four à chaux de l'invention.
Au niveau inférieur des poutres 20, on peut mélanger du gaz de combustion en excès, contenant de l'oxyde de carbone, avec les com- burants à base d'air, contenant 14 % d'oxygène, passant dans les conduits de mélange 45 et 52. pour donner une flamme à 1400 C, ce qui donne des produits de combustion du premier étage, contenant 10 % d'oxyde de carbo- neo Lorsque ceux-ci se mélangent avec l'air réchauffé montant dans le four, la flamme supplémentaire provenant de la combustion secondaire n'est que de 5000 plus chaude que l'air réchauffée Sï les volumes d'air réchauffé et des produits du premier étage de la combustion sont égaux, les produits du deuxième étage contiendront 8,2% d'oxygénée Au niveau supérieur, un mé- lange d'air et de produits de la combustion recyclés,
contenant 16 % d'o- xygène peut également brûler avec le gaz du four pour donner des produits de premier étage de combustion contenant 16 % d'oxyde de carbone et une flamme à 1400 C. Lorsque ces produits de premier étage de combustion ve- nant du niveau des poutres supérieures se mélangent et réagissent avec les produits du deuxième étage qui montent, venant du niveau des poutres infé- rieures et contenant 8,2 % d'oxygène, le maximum de l'augmentation de la température est encore inférieur de moins de 500 au dessus de la pierre à chaux environnante
Pour montrer l'avantage de l'invention, on a converti un four d'un type antérieur, ayant un débit de 71 kg/cm2 de section transversale, par jour,
en un four muni de poutres de répartition du combustible, refroi- dies par de l'eau, selon l'invention, le four converti ayant un tirage for- cé de 700 kg/cm20 Les résultats d'un certain nombre d'essais ont montré une amélioration nette du rendement du four et de la qualité de la chaux, le débit du four converti étant en moyenne de 32,6 tonnes par mètre carré de la surface transversale du four et par jour.
Dans d'autres aplications de l'invention, on a obtenu environ jusqu'à 43,4 ton. par M et par jour au lieu du meilleur rendement de 21,7 to par m2 et par jouro
De ce qui précède, on voit que les poutres constituent d'excel- lents dispositifs dispersant régulièrement des mélanges de combustibles fluides dans la zone de calcination d'un fouro On peut facilement modifier la quantité de gaz contenant de l'oxygène ' combustible pour agir sur la température de la flamme.
De ce fait, les surfaces des poutres sont ex- posées à des températures pour lesquelles la réaction avec la matière con- tenue dans le four serait normalement possibleo On remédie cependant à cette possibilité gênante au moyen du refroidissement par l'eau effectué à l'intérieur des surfaces de chacune des poutreso
Quoique la construction du four permette d'utiliser comme charge de la pierre à chaux avec un combustible fluide, il est bien entendu que l'on n'est pas limité à ce cas,' car la souplesse de fonctionnement du four selon l'invention permet de remplacer par du coke une partie quelconque du combustible fluide.
Dans ce cas, on pourrait mélanger intimement le coke à la pierre à chaux et on pourrait ainsi avoir tout rapport du coke au combustible fluide, son utilisation ne dépendant que de la possibilité d'obtention et du prix des matières dans la région d'utilisation. De plus, le fonctionnement du four selon l'invention n'est pas limité nécessaire- ment à la calcination de la chaux. On peut effectuer d'autres calcina- tions dans le four selon l'invention, par exemple celle de la dolomite.
Par combustible fluide, comme dit ci-dessus, il faut entendre
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un gaz,tel que de l'oxyde de carbone ou tout autre fluide couramment uti- lisé pour le chauffage, tel que les fuels légers ou lourds.
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The present invention relates to a vertical kiln used for calcining limestone and, more particularly, to a lime kiln comprising an improved device ensuring therein a uniform distribution of heat.
The current limestone calcination process is carried out in a rotary kiln or a vertical kiln. The revolving kiln is quite efficient, but this type of kiln is expensive to install and, for calcination, much more time is required. fuel only in a vertical furnace. In the latter, a mixture of limestone and coke can be used as feed, but this limestone calcination process is only effective if the solid fuel is well distributed. A big disadvantage of mixed batch furnaces is that in many cases the ash from the coke becomes a deleterious part of the final product.
In addition, coke is a more expensive fuel than liquid or gaseous fuels which have the additional advantages of having a low sulfur content and not containing ash.
Attempts have already been made to roast limestone in a vertical furnace using fluid fuels such as liquid or gaseous fuel mixtures. These tests have generally not been satisfactory, because of the high flame temperature produced by the combustion of the fluid fuel.
One of the main problems with fluid heated furnaces is that it is difficult to have a uniform distribution and mixing of air and fluid fuel in the calcination zone of the furnace. It often happens that the combustion of fluid fuel mixtures is more complete in one section of the furnace than in another. As a result, in some sections, the material to be treated is superheated and melts, giving agglomerated masses, while in others, the hot stone is only partially burnt on its way down, which gives, in the product, a high content of uncalcined limestone.
In conventional vertical furnaces, in general, refractory conduits are used to introduce the fluid fuel as evenly as possible into the cross section of the calcination zone.
Being fixed, these refractory conduits tend to heat up to higher temperatures than the partially or completely calcined lime which passes, so that the lime tends to melt and stick to the refractory system, by hindering the movement of material in the oven.
The present invention relates to an improved lime calcination process in which water-cooled beams are used instead of refractory ducts to introduce and distribute the fluid fuel in the furnace and in which the water-cooled beams are used. water are arranged horizontally in different parts of the oven, the stone. lime and lime descending on and around them. This displacement causes a V-shaped void (containing no material) to form under each beam. These voids make it possible to visually observe the movement of the limestone through the entire kiln, at different levels o It is thus easy to detect a stop in the flow of material and to observe the uniformity of combustion.
By measuring the increase in the temperature of the water used to cool the beams, the relation between this and the temperature of the load can be established. If the water temperature indicates an excessive concentration of heat in the oven, the necessary steps can be taken quickly to modify and adjust the temperature of the load to
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produce an adequately calcined hot stone o
The vertical limestone calcination furnace according to the invention comprises a hollow vessel having, at the top, devices serving to introduce the limestone to be treated and to evacuate the gaseous products of combustion.
At the bottom of the furnace, chutes are used to release the cooled lime and to introduce and heat the air in contact with the product Transversely to the tank, in the calcination zone, are beams cooled by water, carrying a conduit with outlets making it possible to distribute mixtures of combustible fluids in the calcination zone. The beams are arranged and constructed in such a way as to ensure complete combustion of the fuel at various stages and to ensure a uniform distribution of the heat of combustion throughout the calcination zone.
In the tank, manholes are provided below the beams in order to obtain uniformity of firing and the formation of molten encrustations, as well as corny holes in the tank, above the beams to disintegrate them. inlays using rinses
In the furnace, water-cooled beams are used as conduits for distributing the fuel mixtures. The heat of combustion of these mixtures is distributed in several stages by sending an insufficient quantity of primary air to ensure the complete combustion of the fuel, so that the temperatures of the primary combustion gases and of the fuel gases thus produced at l lower end of the oven are in the desired range of 1300 to 1400 C.
Additions of secondary air, introduced into the bottom of the furnace and warmed by the sensible heat of the descending lime, mix with the above gases and provide secondary combustion in the region of the furnace which is slightly above. - above the primary combustion region.
By providing a quantity of secondary air greatly in excess of that required to burn the gaseous fuel, the secondary combustion can be kept between desired limits. O Then, due to the heat supplied by the gaseous products of the gas. combustion which rise, at higher levels in the calcination zone, the mixture of fuel and primary air can be gradually diluted by gaseous products of combustion, recycled, using an excess of fluid fuel,
so as to obtain a primary and secondary combustion temperature substantially the same as the temperature below o It is thus possible to obtain a uniform heat distribution throughout the calcination zone.
There is shown an oven according to the invention in the accompanying drawings in which
Fig. 1 is a vertical section of the oven,
Figo 2 is a side section taken along line 2-2 of Figo 1.
Figo 3 is a section, on a larger scale along line 3-3 of fig. 1, of the beam cooled by water and gas inlet, according to the invention.
Figo 4 is a section taken along line 4-4 of Figo 3.
Figo 5 is a section, on a larger scale, of the outlet pipe, along line 5-5 of figo 1.
The lime kiln 10 of fig. 1 comprises a vertical tank 12 of rectangular cross section having end walls 13 and 14, provided with a refractory lining 15 and 16, with ordinary loading hopper 17 at the top. oven, to introduce the material to be processed
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ter. Outlet hoppers 18, at the bottom of the furnace, make it possible to remove the cooled lime and to raise the air which heats up in contact with the lime which scends.
High strength beams 20 of steel or other temperature resistant material are arranged horizontally across the calcination zone; they are carried at their opposite ends by the end walls 13-13.
These beams 20 extend outwardly beyond these walls. They are at a distance from each other, vertically and horizontally, and they are offset so as to distribute the combustible mixture as much as possible in the furnace. Any distribution and any number of beams can be used, but in figs. 1 and 2, five beams staggered in two rows located at different levels have been provided, none of the beams being in vertical alignment with another.
Each of the beams 20 has a vertical web 22 and relatively wide upper 23 and 24 and lower wings 25 and 26 extending laterally. The ends of the wings 23 and 24 carry small extensions 23a and 24a, projecting laterally under the wings, slightly beyond their lateral ends. Similar flanges 25a and 26a, fixed on the top of the wings 25 and 26 terminate flush with these wings.
On the elements 23a, 24a, 25a and 26a and on the central core 22., are welded rectangular plates 23b, 24b, 25b and 26b, together forming longitudinal cooling conduits, of rectangular cross section 28, 29, 30 and 31, serving to cool the beam 20. Side walls 33 and 34 connect the side ends of the plates 23b, etc. to constitute longitudinal passages 35 and 36 bringing the gases into the furnace. These side walls 33 and 34 may include longitudinal cooling ducts 38, 39, 40 and 41, similar to ducts 28, 29, 30 and 31.
Cooling water can pass in series through these conduits by means of tight fittings 43 mounted between the adjacent ends of the longitudinal conduits to ensure continuous circulation of the water therein. Thus, cooling water arriving at line 28 passes, in series, into conduits 38, 39, 30, 31, 41, 40 and exits through conduit 29. A comparison of the inlet and outlet temperatures of the Cooling water gives a good indication of the temperature conditions in the oven and is an excellent and convenient means of determining temperature uniformity in a number of regions within the oven.
The fittings 43 may be removable so that the beams can be individually removed for repair or replacement.
The calcination is carried out by means of fuel mixtures which come into direct contact with the material in the calcination zone, through one or more fuel pipes 45, having outlets 46 extending ., laterally and longitudinally spaced. The fuel exiting the orifices 46 enters the calcination zone through the slit-shaped openings 48 of the side walls 33 and 34, the total section of these openings being less than or equal to 60% of the total cross section of the passages 35 and 36 , unoccupied by fuel lines 45. Any number or arrangement of fuel lines 45, ports 46, and openings 48 may be used, with conduits 45 being shown here in vertical rows in each. as passage and carried by supports 50.
As seen in Fig. 1, the fuel lines can be closed end pipes, arranged in duplicate in each passage, each pair introducing combustible fluid at spaced intervals to the center of the calcination zone. tion of the oven.
The openings 48 are shown as being opposite the orifices 46, but obviously other different arrangements are
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also achievable
It will be noted that, in the particular construction of fig. 3, it is possible that the openings 48 are blocked by limestone, thus hindering the operation of the fuel distribution system. To avoid this, each of the extensions 23a and 24a should have a sufficient overhang to provide a sufficient angle of fall, such that the flow of combustible fluid through the openings 48 is assured at all times.
The control of the combustion temperature of the fuel ejected in the pipes 45 is obtained, according to the invention, by using the space not occupied by the fuel pipes 45 in the passages 35 and 36 as additional ducts 52 for the intake of fuel. air or diluent gases, such as recycled combustion products.
These conduits 52 can be compartmentalised if desired in order to avoid the mixing of fluids admitted by the opposite ends of the beam 20, thus ensuring more uniform distribution of the fuel Since the complete combustion of the fuel in the conduit. 45 gives temperatures much exceeding 1400 C, the fluids contained in the conduits 45 and 52 can enter the calcination zone through the openings 48 in such proportions that they limit the quantity of primary oxygen which arrives at the fuel. - corn. so that the combustion of the combustible mixture can be divided into several combustion stages.
For this purpose, the fluid mixture arriving at the lowest level of the calcination zone may comprise an excess of combustible fluid with sufficient gas containing oxygen to give a flame of 1400 ° C., in the immediate vicinity of the lower beams.
The combustible fluid which is only partially burnt due to the oxygen control in this first combustion stage is available to mix with the heated rising air of secondary combustion. The additional flame produced by this secondary combustion gives only a moderate increase in temperature due to the limited concentration of fuel gas in this partially burnt fuel.
During this time, the primary combustion of the excess fuel and oxygen-containing gas at the top beam also results in a temperature of 1400 ° C, thus leaving additional partially burned fuel available. for the oxygen that remains in the heated rising air.
There cannot be an excessive increase in temperature at this upper level due to the limited amount of oxygen remaining in the heated air which rises and also due to the dilution of this air by the products of combustion coming from of the lower combustion level. As a result, the fuel mixtures from conduits 45 and 52 arrive, in an adjustable manner, in several combustion stages, so that at no point in the combustion zone is an excessive temperature.
It is understood that, although the description of combustion given above has been simplified for the purpose of explanation, the fuel mixtures can burn in any number of stages or can only partially burn if desired. , the fuel must be completely burnt when it arrives at the top of the calcination zone, which, in the example shown, extends to the cut-off line of figso 1 and 2, because it is not that so that one can hope that the furnace will burn with the maximum efficiency and economy.
Before admission into the calcination zone of the fluid contained in conduits 45 and 52, it is essential that this fluid be cleared
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of its impurities to prevent clogging of the fuel distribution system. For this purpose, the fuel and / or the air and / or the recycled products can be completely cleaned in a scrubber of the Ven- turi type, for example a Pease-Anthony scrubber. The fluids thus purified and used in the practice of the invention are clear and colorless. In actual analyzes performed on 3 m3 samples of these purified fluids, detectable amounts of impurities could not be detected.
The water-cooled beams have the obvious advantage of a novel means of visually inspecting the calcination zone from a point outside the furnace. The square cross-section of the beam causes a V-shaped void 62 to form, which extends horizontally across the furnace directly below the beam. By means of manholes 64 made in the walls 13 and corresponding to the voids 62, one can observe preliminary signs indicating the formation of incrustations, for example the change of color of the flame, at different levels of the oven, without being hampered by support columns.
You can easily detect clashes and observe the uniformity of combustion.
When one detects the formation of a catch, one can break the mass of limestone accumulated in small pieces which move with the load of limestone, using tools (not shown ) such as tackles, pneumatic punches or other mechanical devices. We can thread the ringard freely into a suitable, elongated hole 66 of the wall 13 'a little above the beam 20 and make it describe an arc above the elements 23 and 24, in order to -Disaggregate the hooking and to free the beam from encrustations that could serve as cores for subsequent hangings.
By using perforators it is possible to operate ovens of much larger cross sections than heretofore.
In order to remove the combustion gases, the top of the vessel 12 may be provided with one or more pipes of suitable shape, for example pipes in the form of inverted troughs or, preferably, cylindrical tubes 54 arranged. horizontally across shaft 12 and exiting beyond walls 13-13. As seen in fig. 5, openings 55, formed in the lower halves of the tubes 54 serve as inlets for the gases arriving at the top of the vessel.
As a feature of the invention, the efficiency of the gas outlet of the furnace is greatly improved by side skirts or plates 56, fixed tangentially, in pairs, to the opposite sides of the tubes 54 descending therefrom. Since the pressure of the limestone which goes down tends to fold these skirts inwards, one uses spacers 57, fixed on the bottom of each pair of plates 56 to keep them apart and in a vertical position. These skirt systems provide a greater surface area through which gas can be withdrawn through openings 55. Thus, a substantial reduction in the velocity of the limestone bed exhaust gas is achieved.
With the above arrangement, the outlet tubes 54 remove the gases by suction by means of a fan (not shown) in a manifold 60. A part of the combustion products passing through the manifold 60 can be recycled in a part. lower part of the calcination zone or in the passages 35 and 36 of the beams 20, by means of a return line 61, controlled by a valve, to adjust and further modify the temperature of the flame in the calcination zone.
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If the exhaust gases are to be recycled, it is obviously necessary to provide a dust removal device of the type indicated above to remove the entrained dust.
To better understand the invention, the example below shows the progress of multistage combustion in the lime kiln of the invention.
At the lower level of the beams 20, excess combustion gas, containing carbon monoxide, can be mixed with the air-based fuels, containing 14% oxygen, passing through the mixing ducts 45 and 52. to give a flame at 1400 C, which gives first stage combustion products, containing 10% carbon dioxide. When these mix with the heated air rising in the furnace, the flame additional from the secondary combustion is only 5000 hotter than the reheated air If the volumes of reheated air and products of the first stage of combustion are equal, the products of the second stage will contain 8.2% of oxygenated At the top level, a mixture of air and recycled combustion products,
containing 16% oxygen can also burn with the furnace gas to give first stage combustion products containing 16% carbon monoxide and a flame at 1400 C. When these first stage combustion products are From the level of the upper beams mix and react with the products of the second stage which rise, coming from the level of the lower beams and containing 8.2% oxygen, the maximum of the temperature rise is still lower by less than 500 above the surrounding limestone
To show the advantage of the invention, a furnace of an earlier type, having a flow rate of 71 kg / cm2 of cross section, per day, was converted.
into a furnace provided with fuel distribution beams, cooled with water, according to the invention, the converted furnace having a forced draft of 700 kg / cm20 The results of a number of tests have showed a marked improvement in kiln yield and lime quality, with the converted kiln throughput averaging 32.6 tonnes per square meter of kiln cross-sectional area per day.
In other applications of the invention, about up to 43.4 ton has been obtained. per M and per day instead of the best yield of 21.7 to per m2 and per day
From the foregoing it is seen that the beams are excellent devices for evenly dispersing fluid fuel mixtures in the calcination zone of a furnace. The amount of fuel oxygen-containing gas can easily be changed to act on the flame temperature.
As a result, the surfaces of the beams are exposed to temperatures at which reaction with the material contained in the furnace would normally be possible. This inconvenient possibility, however, is overcome by means of water cooling carried out in the oven. interior of the surfaces of each beam
Although the construction of the furnace makes it possible to use limestone with a fluid fuel as filler, it is of course not limited to this case, since the operating flexibility of the furnace according to the invention allows any part of the fluid fuel to be replaced by coke.
In this case, one could intimately mix the coke with the limestone and one could thus have any relation of coke to the fluid fuel, its use depending only on the possibility of obtaining and the price of the materials in the region of use. . In addition, the operation of the furnace according to the invention is not necessarily limited to the calcination of lime. Other calcinations can be carried out in the furnace according to the invention, for example that of dolomite.
By fluid fuel, as said above, we mean
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a gas, such as carbon monoxide or any other fluid commonly used for heating, such as light or heavy fuel oils.