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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.