Installation pour le traitement thermique de matières solides pulvérisées par au moins un gaz chaud. La présente invention se rapporte aux installations pour le traitement thermique, tel que calcination, frittage, grillage, de matières solides pulvérisées calcareuses, argi leuses ou autres, telles que celles employées pour la fabrication du ciment et -de la chaux, par au moins un gaz chaud et comportant un puits de four au moins approximativement vertical et :de grande profondeur, dans lequel lesdites matières tombent sous forme de pluie en sens contraire !d'un courant ascendant du gaz chaud.
Le but de l'invention est -de diminuer les frais d'établissement -de ladite installation etde permettre une bonne utilisation de la chaleur (lés gaz chauds, donc une économie de com bustible en évitant les pertes' par rayonne ment.
On a reconnu par expérience que pour ob tenir une bonne utilisation des gaz chauds, il est nécessaire que ces gaz se mélangent com plètement avec les particules de matières premières. Dans ce but, le puits .de four doit être suffisamment profond pour que les ma- tières tombant en un épais nuage, puissent venir complètement en contact avec les gaz ascendants sur tout leur parcours dans le puits .de four.
Dans le cas où l'installation sert à la fabrication -du ciment, les particules se collent les unes aux autres et forment @de petites boules .de poids tel qu'elles tombent rapidement sitôt qu'elles arrivent dans la zone la plus chaude ou de frittage du four.
Dans les installations du genre indiqué, la chaleur rayonnée vers l'intérieur par les parois -du four est absorbée par les parti cules de matières tombantes, par contre, une grosse perte de chaleur a lieu par rayonne ment externe.
On a proposé jusqu'ici de construire un four de la forme d'une tour, établie sur ter rain libre. Pour assurer un bon rendement eau traitement thermique, les matières doivent tomber sur une grande hauteur et par consé quent le puits de four doit être d'une grande profondeur. La construction .de tels fours sur terrain libre est pratiquement non réalisable; elle présente tout au moins de très grandes difficultés et serait excessivement coûteuse. De plus, les pertes de chaleur d'une telle tour par rayonnement externe serait si consi dérable, qu'une calcination énergique,des ma tières premières pulvérisées serait impossible.
Les produits de combustion sortiraient du puits de four à une telle hauteur qu'il serait. pratiquement impossible de les utiliser.
Selon la présente invention, on évite les inconvénients précités en fonçant le puits de four dans le sol, lequel peut être de la craie, de l'argile ou autre, et en disposant au bas cle ce puits des brûleurs, créant un courant de gaz chauds en sens contraire de celui des matières tombantes. Grâce à. cette disposition, on peut obtenir une calcination complète :des matières tombantes dans un puits de four de longueur considérable et on .diminue dans une grande mesure les frais d'établissement du four.
La pluie épaisse formée par les matières tombantes oppose une telle résistance aux gaz chauds montants qu'un échappement de ces gaz à la partie supérieure,du puits de four est empêché avant que la. majeure partie de leur chaleur ait été utilisée.
Il est connu de foncer des puits de four ,de faible profondeur dans le sol naturel, ces puits étant remplis de menus morceaux des matières à calciner et munis de foyers à âtre ouvert. Dans cette disposition les matières se trouvent entassées dans un petit puits de four, de telle sorte qu'elles sont irrégulière ment soumises à l'action des gaz chauds; en outre les menus morceaux de matières vien nent en contact avec le combustible et les cendres, -de telle sorte que l'on obtient un produit impur et irrégulier. Ces défauts sont évités par la présente invention.
Le puits de four peut être totalement ou partiellement calciné, de telle sorte que les parois grillées :du four forment par elles- mêmes un revêtement réfractaire.
Plusieurs puits de four auxiliaires peu vent être disposés autour d'un puits central et communiquer par leur base avec ce dernier, à partir duquel les produits calcinés dans les puits de four auxiliaires et provenant de ces puits peuvent être ramenés à la surface et transportés aux endroits voulus, en vue d'être employés ou encore travaillés.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'instal lation selon l'invention, spécialement desti née à la fabrication du ciment.
La fig. 1 est une coupe verticale selon la ligne I-I de la fig. ?, montrant le puits de four foncé dans une carrière; La fi-. ? est un plan de l'installation, et La fig. 3 est une coupe verticale selon la ligne 3-3 de la. fig. ?.
Dans l'installation représentée, un puits de four vertical A, d'une hauteur pouvant va rier de 30 à 120 mètre:. est foncé dans une carrière avec son axe longitudinal approxi mativement parallèle à la face B de la car rière, la base du puits lui-même étant au ni veau du sol B2 de la. carrière. Une galerie de travail B' communique avec la base -du puits et donne ainsi accès aux brûleurs C auxquels du combustible pulvérisé est amené par une conduite D, comme ci-après décrit.
Le puits est: foncé dans la couche natu relle d'argile, de craie, de pierre à chaux ou autre B. L'extrémité inférieure du puits, qui constitue la zone -de frittage, peut présenter un revêtement E en matière réfractaire quel conque, telle que briques réfractaires, etc. Il s'en suit que la zone de frittage est réduite en diamètre par rapport à la partie principale du puits, les dimensions relatives étant dé terminées selon l2 nature des matières et des combustibles, pour non seulement assurer le chauffage préalable et la calcination des ma tières, mais aussi pour en assurer un bon :mé lange lors de leur chute dans le puits de four.
Le sommet E' du puits peut également pré senter un revêtement en briques réfractaires ou peut être construit en maçonnerie en bri ques appropriée.
Les matières sont de préférence emma gasinées avant leur emploi dans une ou plu sieurs chambres F de séchage, convenable ment foncées dans le sol et groupées autour du puits de four A ou alignées avec ce puits. Les matières sont broyées avant d'être em- magasi ées, par exemple au moyen d'un con- casseur G, dans lequel elles sont amenées au moyen d'une trémie G'. Après avoir été ainsi séchées, les matières sont transportées, par les transporteurs<I>H,</I> élévateurs<I>H'</I> et transpor teurs H2, à la trémie J' d'un appareil de pul vérisation J.
Cet appareil communique par au moins un passage latéral A' avec l'extré mité supérieure du puits de four A, dans le quel les matières sont ainsi introduites sous la forme d'une nuée dense de particules pul vérisées sèches.
Des passages by-pass AZ sont disposés au tour et entre les tuyères -des brûleurs C à. travers lesquels les clinkers chauds passent dans un puits de refroidissement K foncé dans le sol au-dessous -du puits -de four et de la ga lerie de travail.
L'extrémité supérieure de ce puits de refroidissement est revêtue de bri ques réfractaires E2 et l'extrémité inférieure communique par une galerie g' avec un puits pour élévateur K2. L'air nécessaire à la com bustion et' destinée à fournir le courant ascen dant de gaz chauds .dans le puits de four A est fourni aux brûleurs par un ventilateur L à travers un conduit L' qui passe à travers le puits KZ, la galerie K' et le puits de refroi dissement g des clinkers chauds.
De cette manière l'air froid chassé par le ventilateur est chauffé à haute température, ce qui permet d'obtenir une forte chaleur dans la zone de frittage, et les clinkers chauds sont refroidis avant d'être transportés au ni veau du sol Bz par un élévateur M. Les clin- kers peuvent être enlevés de ce point, pour un traitement ultérieur, tel que, par exem- ple, pour être broyés ou bien être emmaga sinés dans des silos N également foncés dans le sol.
Des élévateurs Ni et des transporteurs N2 (représentés partiellement à la fig. 1) sont prévus pour effectuer les divers trans ports nécessaires.
Le puits de four A est pourvu à son extré mité supérieure d'un carneau de décharge 0 pour les gaz résiduels chauds, qui, en quit tant le puits A, passent à travers un collec teur de poussière P électrique ou autre. Toute la chaleur ,que ces gaz peuvent encore contenir est utilisée dans une chaudière à chaleur résiduelle Q avant qu'ils s'é chappent par la cheminée B. Un ventilateur B' est disposé au pied de cette cheminée pour créer un tirage induit.
Lorsque l'appareil fonctionne pour la fa brication de ciment ou de chaux, @on introduit les matières broyée, séchées et pulvérisées, par l'extrémité supérieure -du puits de four A qu'elles parcourent en -descendant sous forme d'une dense nuée .de particules, en sens con traire d'un courant ascendant de gaz chauds, créé par le ventilateur L et les brûleurs C.
En descendant ainsi dans le puits, les parti cules se mélangent complètement entre elles et avec les gaz ascendants et se réunissent en gouttelettes tout en tombant, en produisant ainsi avec certitude des clinkers de composi tion très homogène, lesquels s'entassent dans un puits de refroidissement au-dessous des brûleurs. La dimension de ces gouttelettes peut être réglée à volonté en faisant varier la vitesse à laquelle les gaz passent à travers le conduit dans la partie supérieure du puits ,de four, et en réglant le débit auquel l'air chaud, le combustible et les matières sont in troduits dans le four.
Une fois que les gaz chauds ont quitté la zone de frittage du puits, ils sont encore à très haute température. Pour employer com plètement cette chaleur, l'extrémité supérieure -du puits présente la forme d'une cornue, -ou est pourvue d'une cornue S dans laquelle -du charbon, de préférence pulvérisé, est soumis à une distillation à basse, température.
Cette cornue annulaire S (vair fig. 1 et 3) peut présenter une ou plusieurs chambres, montées -dans l'extrémité supérieure du puits de four, munies d'orifices d'entrée S' pour le combustible brut pulvérisé et de passages de décharge SI pour le coke, produit dans la. cornue. Le charbon brut peut être séché -dans des puits ou des silos d'emmagasinage T foncés dans le sol et munis de transporteurs et d'élévateurs appropriés.
Le coke à basse température, chaud, provenant de la cornue S passe pour donner sa chaleur à travers le passage de décharge du coke S' disposé à tra vers ou autour du silo T pour le séchage @du charbon. On peut aussi enfermer ce conduit dans n'importe quel dispositif connu d'utili sation de chaleur. Le coke refroidi est alors pulvérisé dans un appareil U puis transporté par le conduit D aux brûleurs C. Au lieu d'employer le coke pulvérisé pour les brû leurs, ce coke peut être utilisé pour un autre but et les brûleurs alimentés avec ide l'huile ou par le gaz obtenu de la. distillation à baisse température. Les sous-produits de cette der nière sont traités comme habituellement.
Dans le cas où le gaz obtenu de la distilla tion n'est pas utilisé pour l'alimentation des brûleurs, il l'est pour n'importe quel autre but.
Au lieu que la cornue soit fermée comme ci-dessus décrit, elle peut être construite de manière que les baz chauds inertes provenant du four rencontrent une pluie descendante de charbon brut pulvérisé. Les gaz chauds inertes venant ainsi en contact direct avec les particules de charbon et les gaz dégagés par ces particules se mêlent ensemble.
Selon une autre variante, plusieurs con duits ou carneaux peuvent être disposés au sommet. du puits A, à travers lesquels le charbon pulvérisé est amené pour être dis tillé. Approximativement à mi-hauteur du puits se trouve une chicane conique ayant son sommet dirigé vers le haut du puits et dis posée de manière que le charbon carbonisé soit saisi par cette chicane, déchargé pair des ouvertures latérales de la cornue et ramené à. la. surface par des transporteurs. Directe ment au-dessous de cette chicane sont dispo sés plusieurs carneaux reliant la partie in férieure ou four du puits avec la surface, les matières devant être traitées étant introdui tes dans le puits par ces carneaux.
Bien qu'au dessin le puits soit représenté comme étant circulaire, il peut être, si on le désire, de section transversale pratique ment rectangulaire ou d'une autre forme, la zone de frittage qui présente une plus pe tite section transversale étant de forme cir culaire ou -autre et allant en s'amincissant, si on le désire. Un foyer à âtre ouvert, dans lequel est brûlé du combustible solide, lequel se mélange avec les particules calcinées, n'est pas approprié pour produire un courant ascendant. de gaz chauds à .l'intérieur du puits. Les brûleurs employés peuvent être alimentés par un combustible gazeux, liquide ou solide, ce dernier étant à l'état pulvérisé.
Avec l'installation décrite, les pertes de chaleur provenant à. la fois de la radiation interne et externe des parois du four sont pratiquement éliminées. On obtient un em ploi complet des gaz chauds après leur uti lisation pour la calcination ou le frittage des matières premières dans l'extrémité inférieure du puits, en effectuant la. carbonisation à basse température de combustible qui est en suite utilisé pour les brûleurs. La chaleur dégagée des clinkers incandescents et du coke est entièrement employée et la, chaleur des gaz, après leur passage à travers la cornue ou sur celle-ci, est utilisée dans une chaudière ou tout autre dispositif pour utilisation de la chaleur résiduelle, pair exemple un dispo sitif de refroidissement rotatif.
Le fait de foncer le puits de four dans le sol permet d'accéder facilement à ses différentes par ties, par exemple à, son sommet ou aux brû leurs. On peut prévoir tout dispositif de ma nipulation des matières premières et pro duits obtenus installé directement sur le sol et se trouvant en relation avec les différentes parties du puits.
Installation for the thermal treatment of solids atomized by at least one hot gas. The present invention relates to installations for the thermal treatment, such as calcination, sintering, roasting, of pulverized calcareous, clayey or other solids, such as those used for the manufacture of cement and -de lime, by at least one hot gas and having a furnace shaft at least approximately vertical and: of great depth, in which said material falls in the form of rain in the opposite direction of an upward current of the hot gas.
The aim of the invention is to reduce the establishment costs of said installation and to allow good use of heat (hot gases, thus saving fuel by avoiding losses by radiation.
It has been recognized by experience that in order to obtain a good use of hot gases, it is necessary that these gases mix completely with the particles of raw materials. For this purpose, the furnace well must be deep enough so that the material falling in a thick cloud can come into full contact with the rising gases all the way through the furnace well.
In the case where the plant is used for the manufacture of cement, the particles stick together and form small balls of such weight that they fall rapidly as soon as they reach the hottest area or sintering furnace.
In installations of the type indicated, the heat radiated towards the interior by the walls of the furnace is absorbed by the particles of falling material, on the other hand, a great loss of heat takes place by external radiation.
It has hitherto been proposed to build a furnace in the form of a tower, established on free ground. To ensure good heat treatment water performance, the materials must fall over a great height and therefore the furnace shaft must be very deep. The construction of such furnaces on open land is practically impracticable; at the very least, it presents very great difficulties and would be excessively expensive. In addition, the heat losses from such a tower by external radiation would be so great that energetic calcination of pulverized raw materials would be impossible.
The products of combustion would exit the furnace shaft at such a height that it would be. practically impossible to use them.
According to the present invention, the aforementioned drawbacks are avoided by driving the furnace shaft into the ground, which may be chalk, clay or the like, and by placing burners at the bottom of this shaft, creating a current of gas. hot in the opposite direction to that of falling materials. Thanks to. In this arrangement, complete calcination can be obtained: falling material in a furnace shaft of considerable length and the costs of establishing the furnace are greatly reduced.
The heavy rain formed by the falling material provides such resistance to the rising hot gases that escape of these gases at the top of the furnace shaft is prevented before the. most of their heat was used.
It is known practice to sink furnace wells, shallow in the natural soil, these wells being filled with small pieces of the materials to be calcined and provided with open hearths. In this arrangement the materials are piled up in a small furnace shaft, so that they are irregularly subjected to the action of hot gases; moreover, the small pieces of material come into contact with the fuel and the ashes, so that an impure and irregular product is obtained. These defects are avoided by the present invention.
The furnace shaft may be totally or partially calcined, so that the grilled walls of the furnace themselves form a refractory lining.
Several auxiliary furnace wells can be arranged around a central well and communicate by their base with the latter, from which the products calcined in the auxiliary furnace wells and coming from these wells can be brought to the surface and transported to the latter. desired places, in order to be employed or worked.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the installation according to the invention, especially intended for the manufacture of cement.
Fig. 1 is a vertical section along the line I-I of FIG. ?, showing the dark furnace pit in a quarry; The fi-. ? is a plan of the installation, and FIG. 3 is a vertical section taken along line 3-3 of the. fig. ?.
In the installation shown, a vertical furnace shaft A, with a height which can range from 30 to 120 meters :. is sunk into a quarry with its longitudinal axis approximately parallel to the B face of the quarry, the base of the well itself being at ground level B2 of the. career. A working gallery B 'communicates with the base of the well and thus gives access to the burners C to which the pulverized fuel is supplied via a pipe D, as described below.
The well is: dark in the natural layer of clay, chalk, limestone or other B. The lower end of the well, which constitutes the sintering zone, may have a coating E of refractory material which , such as refractory bricks, etc. It follows that the sintering zone is reduced in diameter with respect to the main part of the well, the relative dimensions being determined according to the nature of the materials and the fuels, in order not only to ensure the preliminary heating and the calcination of the materials. tiers, but also to ensure a good one: mixture when they fall into the furnace shaft.
The top E 'of the well can also have a refractory brick lining or can be constructed from suitable brick masonry.
The materials are preferably stored before use in one or more drying chambers F, suitably dark in the ground and grouped around the furnace shaft A or aligned with this shaft. The materials are crushed before being stored, for example by means of a crusher G, into which they are fed by means of a hopper G '. After having been thus dried, the materials are transported, by the <I> H conveyors, </I> elevators <I> H '</I> and H2 conveyors, to the hopper J' of a pulverization apparatus J.
This apparatus communicates by at least one lateral passage A 'with the upper end of the furnace shaft A, in which the materials are thus introduced in the form of a dense cloud of dry pulverized particles.
AZ bypass passages are arranged around and between the nozzles - burners C to. through which the hot clinkers pass into a cooling pit K dark in the ground below the furnace pit and the working tunnel.
The upper end of this cooling well is lined with refractory bricks E2 and the lower end communicates by a gallery g 'with a well for an elevator K2. The air necessary for combustion and 'intended to supply the ascending current of hot gases in the furnace shaft A is supplied to the burners by a fan L through a duct L' which passes through the well KZ, the gallery K 'and the cooling well g for hot clinkers.
In this way the cold air expelled by the fan is heated to a high temperature, which makes it possible to obtain a strong heat in the sintering zone, and the hot clinkers are cooled before being transported to the level of the ground Bz by an M elevator. The clinchers can be removed from this point, for further processing, such as, for example, to be crushed or to be stored in N silos also dark in the ground.
Ni elevators and N2 conveyors (partially shown in Fig. 1) are provided to perform the various necessary transports.
The furnace well A is provided at its upper end with a discharge flue 0 for the hot residual gases, which, leaving the well A, pass through an electric dust collector P or the like. All the heat which these gases can still contain is used in a residual heat boiler Q before they escape through the chimney B. A fan B 'is placed at the foot of this chimney to create an induced draft.
When the apparatus is operating for the manufacture of cement or lime, the crushed, dried and pulverized materials are introduced through the upper end of the furnace shaft A which they traverse downward in the form of a dense cloud of particles, against an ascending current of hot gases, created by fan L and burners C.
By descending in this way in the well, the particles mix completely with each other and with the ascending gases and gather in droplets while falling, thus producing with certainty clinkers of very homogeneous composition, which pile up in a well of cooling below the burners. The size of these droplets can be adjusted at will by varying the rate at which the gases pass through the duct in the upper part of the well, furnace, and by adjusting the rate at which the hot air, fuel and materials are introduced into the oven.
Once the hot gases have left the sintering zone of the well, they are still at a very high temperature. To fully utilize this heat, the upper end of the well is in the form of a retort, -or is provided with a retort S in which carbon, preferably pulverized, is subjected to low temperature distillation. .
This annular retort S (vair fig. 1 and 3) can have one or more chambers, mounted in the upper end of the furnace shaft, provided with inlet orifices S 'for the pulverized raw fuel and with discharge passages. SI for coke, produced in the. retort. Raw coal can be dried in wells or storage silos T dark in the ground and fitted with suitable conveyors and elevators.
The hot, low temperature coke from retort S passes to impart heat through the coke discharge passage S 'disposed through or around silo T for drying of the coal. This conduit can also be enclosed in any known device for using heat. The cooled coke is then pulverized in an apparatus U and then transported through line D to the burners C. Instead of using the pulverized coke for the burners, this coke can be used for another purpose and the burners fed with the gas. oil or by the gas obtained from the. low temperature distillation. The by-products of the latter are treated as usual.
In the event that the gas obtained from the distillation is not used for feeding the burners, it is used for any other purpose.
Instead of the retort being closed as described above, it can be constructed so that inert hot gas from the furnace meets a downward rain of pulverized raw coal. The hot inert gases thus coming into direct contact with the carbon particles and the gases given off by these particles mingle together.
According to another variant, several conduits or flues can be arranged at the top. from well A, through which the pulverized coal is fed for distillation. Approximately halfway up the well is a conical baffle with its apex pointing upward of the well and arranged so that charred coal is grabbed by this baffle, even discharged from the side openings of the retort, and returned to. the. surface by carriers. Directly below this baffle are arranged several flues connecting the lower part or furnace of the well with the surface, the materials to be treated being introduced into the well through these flues.
Although in the drawing the well is shown to be circular, it may, if desired, be of substantially rectangular cross section or other shape, the sintering zone which has a smaller cross section being of the same shape. circular or other and tapering off, if desired. An open hearth, in which solid fuel is burned, which mixes with the calcined particles, is not suitable for producing an updraft. of hot gas inside the well. The burners used can be supplied with a gaseous, liquid or solid fuel, the latter being in the pulverized state.
With the described installation, the heat losses from. both internal and external radiation from the oven walls are virtually eliminated. A full employment of hot gases is obtained after their use for the calcination or sintering of the raw materials in the lower end of the well, by carrying out the. low temperature carbonization of fuel which is then used for the burners. The heat released from glowing clinkers and coke is fully utilized and the heat of the gases, after passing through or over the retort, is utilized in a boiler or other device for utilizing waste heat, for example. a rotary cooling device.
The fact of sinking the furnace shaft into the ground allows easy access to its various parts, for example to its top or to the burners. Any device for handling the raw materials and products obtained can be provided, installed directly on the ground and being in relation to the different parts of the well.