CH618410A5 - - Google Patents

Description

L'invention est relative à un procédé de fabrication du ciment portland et elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un ciment portland de qualité standard en association avec l'incinération de matières de rebut telles que des immondices, les produits de l'incinération étant assimilés ou rendus inoffensifs dans le procédé de fabrication du ciment.

On fabrique le ciment portland en broyant et mélangeant des matières premières calcaires et argileuses en proportions déterminées, sous forme humide ou sèche, et en soumettant le mélange ainsi obtenu successivement à une opération de séchage en cas de besoin, à la décarbonatation du carbonate de calcium en présence et à une étape de clinkérisation où l'oxyde de calcium réagit avec la silice et autres oxydes métalliques. Le mélange soumis à ces trois étagês de traitement est désigné ici par matières premières du clinker. Le clinker ainsi obtenu est refroidi et broyé pour fournir le ciment portland.

Le ciment portland est fabriqué de façon à respecter des normes établies, par exemple la norme NF P 15-302 pour la France, la norme British Standard Spécification BS 12 pour la Grande-Bretagne, la norme U.S. Standard ASTM C 150-67 pour les Etats-Unis et la norme DIN 1164 pour l'Allemagne fédérale (cf. «Normes du Ciment dans le Monde — Le Ciment Portland et ses dérivés», Cembureau, Paris, 1968). Nous désignerons ici par ciment portland (de qualité) standard un ciment qui respecte n'importe quelle norme nationale de ce genre, en y englobant des classes de ciment portland telles que ciment portland ordinaire, ciment rapide ou prompt, ciment portland à haute résistance, ciment portland à basse chaleur, ciment portland résistant aux sulfates et ciment portland à entraînement d'air; il faut comprendre que, chaque fois qu'il est usuel de faire des additions au clinker pour obtenir un tel produit, on doit considérer que ces additions ont été faites.

L'invention peut s'appliquer à l'un quelconque des divers procédés de fabrication du ciment portland qui utilisent un four rotatif. Dans le procédé humide, les matières premières, broyées en cas de besoin, sont mélangées et introduites dans le four rotatif sous la forme d'une pâte ou bouillie aqueuse; dans le procédé semi-humide, la pâte est convertie en nodules et préchauffée avant de pénétrer dans un four relativement court; dans le procédé sec, les matières premières sont broyées, mélangées et introduites à sec dans le four rotatif, ou dans un four relativement court par l'intermédiaire d'un dispositif de préchauffage; dans le procédé semi-sec, les matières premières sèches, après avoir été broyées et mélangées, sont nodulisées avant d'être introduites dans un dispositif de préchauffage et dans un four.

Le procédé de fabrication du ciment a pour but de fournir un produit de qualité constante, supérieure à celle des normes minimales. La présente invention doit par nature atteindre aussi ce but.

On peut utiliser une large gamme de matières premières. A condition que les constituants corrects soient trouvés et qu'aucune matière nuisible ne soit autorisée à s'y mêler, la fabrication du ciment portland dépend seulement d'un choix et d'un traitement soigneux et précis des constituants. Il est des plus importants que l'on traite les matières en ayant une connaissance complète des opérations chimiques et mécaniques qui sont nécessaires pour les combiner, car cela seul peut assurer la fabrication régulière d'un produit sûr.

En dosant les matières premières, on doit connaître et contrôler dans des limites très étroites la composition chimique des matières utilisées de façon à être assuré que le mélange résultant contienne exactement les constituants chimiques nécessaires pour fabriquer un ciment tout à fait robuste et sain. Si l'on ne mélange pas les matières premières dans les proportions convenables, on ne peut pratiquement plus rien faire pour les corriger durant les dernières phases de cuisson et de broyage et il en résulte un produit de qualité médiocre.

La température de cuisson pour laquelle, en un temps donné, il se produit une combinaison pratiquement complète de la chaux est influencée non seulement par la composition chimique du mélange, mais aussi par la nature minéralogique des matières premières.

A un certain moment du procédé qui précède la clinkérisation, les matières à clinkériser doivent être mises en contact intime et dispersées complètement les unes dans les autres pour permettre aux réactions de clinkérisation de se produire convenablement et, à cet effet, elles doivent être subdivisées de façon suffisamment fine durant les étapes préliminaires de broyage et/ou de formation de la pâte. Dans un lot de matières premières préparé de façon classique, 90 à 95% de ce lot doivent traverser un tamis de 4900 mailles/cm2.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

618 410

La finesse des matières premières est probablement le plus important des facteurs qui influent isolément sur la qualité du ciment. Des matières premières trop grossières provoquent une combinaison incomplète qui se traduit par la présence, dans le clinker final, de composés indésirables et notamment de chaux libre en excès.

Les matières premières doivent être non seulement suffisamment fines, mais encore suffisamment homogènes. Bien que des mesures complexes soient adoptées dans les étapes de la pâte et en récupérant le mélange de matières premières sèches dans des colonnes de stockage spécialement aménagées pour atténuer les variations de la composition, il est en outre nécessaire de corriger la composition dans des réservoirs ou silos mélangeurs multiples à agitation qui sont soumis à des analyses et contrôles continus très étudiés.

Les facteurs évoqués ci-dessus, notamment la composition, la finesse et la nature minéralogique, influent sur la combinabilité des matières à cuire qui détermine elle-même la température de cuisson nécessaire. Un petit changement de température peut s'accompagner d'un grand changement de la teneur en chaux libre. La distribution et l'état de combinaison chimique de, par exemple, la silice dans les matières premières ont une influence certaine sur la température de combinabilité. La durée de chauffage a également de l'importance pour effectuer la combinaison.

La situation est encore moins franche lorsqu'il existe, en présence, des substances ayant un effet minéralisateur, spécialement s'il existe une charge significative de recyclage de minéralisa-teurs volatils. Les minéralisateurs peuvent accroître la phase liquide ou altérer sa viscosité ou ils peuvent faire pénétrer les matières premières dans la zone de cuisson en un état intermédiaire plus propice à la combinaison. Les minéralisateurs comprennent un certain nombre de substances. En ce qui concerne l'introduction de matières de rebut (telles qu'immondices ou leurs produits de combustion) dans la zone de cuisson, il est à noter que les minéralisateurs communément rencontrés comprennent l'oxyde de fer, la magnésie, l'ion sulfate, le chlore et le fluor.

Il existe un régime de cuisson optimal dans lequel, pour une composition donnée, on obtient une combinaison adéquate avec le minimum de croissance de cristaux. Pour un mélange particulier, les conditions de cuisson optimales ont une importance fondamentale en ce qui concerne la production d'un ciment de haute qualité.

Les conditions de cuisson optimales sont des conditions oxydantes. Des conditions réductrices peuvent apparaître quand le rapport combustible/air est incorrect, quand le mélange des matières premières contient des matières carbonées ou quand du combustible incomplètement brûlé se dépose sur le lit de clinker et elles provoquent des réactions qui conduisent à la dégradation de l'alite en bélite accompagnée de chaux libre et qui, en altérant la teneur en phase liquide, bouleversent les combinaisons requises en un train complexe de réactions. Si des cendres de charbon se déposent de façon hétérogène, elles peuvent former, sur le clinker, des pellicules fondues qui bouchent les pores et limitent la réoxydation.

Les réactions de clinkérisation principales se produisent à travers la phase liquide. La température minimale à laquelle du liquide se forme dans un mélange de matières premières et les changements que subissent les caractéristiques du liquide en fonction de la température ont une grande importance en ce qui concerne la qualité du ciment et varient d'un mélange à l'autre.

En relation avec l'introduction éventuelle de matières de rebut dans la zone de cuisson, il importe de prendre en considération le fait que, lorsque du charbon est brûlé dans un four rotatif, une grande proportion des cendres s'incorpore au clinker. Il convient donc d'ajuster la composition du mélange de matières premières à l'état divisé de façon à tenir compte de ces cendres en vue d'obtenir néanmoins la composition constante qui est exigée pour le clinker. La teneur en cendres de charbon doit être maintenue dans des limites étroites, normalement entre +2 et 3%. Il est également important de s'assurer que les cendres s'incorporent de façon homogène à la charge du four.

Des particules de cendres peuvent tomber de la flamme pour se déposer sur l'extérieur des nodules de matières premières formés par l'action de roulement du four. Il en résulte des nodules de clinker qui ont une peau riche en silicate et un cœur excessivement riche en chaux. La cuisson dure nécessitée par une telle hétérogénéité peut entraîner des difficultés de fonctionnement telles qu'une vie raccourcie des garnissages réfractaires et une élévation de la température de la coquille du four tout en abaissant de façon significative la résistance du béton final.

Des matières imbrûlées peuvent tomber de la flamme pour se déposer sur les matières premières et y consommer de l'oxygène provenant des oxydes de ces matières premières, en produisant les résultats des conditions réductrices dont il a été question ci-dessus. Les substances destinées à la combustion devraient posséder une vitesse d'allumage et de combustion suffisante pour pouvoir brûler alors qu'elles sont encore en suspension dans la zone de la flamme. L'ajustement de la chimie des matières alimentant le four, pour tenir compte de l'absorption finale de cendres, peut avoir des effets secondaires tels qu'un accroissement de la tendance à soulever de la poussière et une réduction de l'aptitude à la nodulisation.

On ne peut d'ailleurs attendre de toutes les substances combustibles qu'elles fournissent des cendres capables de se combiner à du clinker de ciment.

Il ressort de ce qui précède que la composition chimique des matières premières et des matières combustibles doit être réglée rigoureusement et que l'apport de chaleur et la vitesse de cuisson doivent être adaptés de façon critique aux matières admises dans le four pour que la cuisson se fasse bien. Le besoin de savoir exactement ce qui entre dans le four est renforcé par le fait que les corrections apportées au mélange entrant dans le four prennent un temps considérable avant d'affecter les résultats au point de contrôle.

La qualité du produit est en outre affectée défavorablement par la présence de substances nuisibles. En quantités fort minimes, de nombreuses substances organiques ont un effet défavorable et la plupart des oxydes et sels minéraux affectent défavorablement la qualité du ciment.

Les procédés de fabrication du ciment portland comprennent des mesures non seulement pour garantir un produit de qualité standard, mais aussi pour éviter l'abandon d'effluents nocifs à l'atmosphère ou une pollution inadmissible de celle-ci.

Les usines modernes à ciment portland sont capables de maintenir la pollution atmosphérique dans certaines limites, particulièrement en ce qui concerne la suppression des poussières et la limitation d'émissions de fumées indésirables, grâce à un supplément d'équipement considérable prévu à cet effet et tel que des précipitateurs et/ou grâce à un recyclage. Les cheminées en haut desquelles les effluents gazeux des cimenteries sont lâchés à l'atmosphère ont aussi normalement une hauteur très considérable, si on les compare aux cheminées des incinérateurs d'immondices usuels. Ce qui sort au total d'une cimenterie fonctionnant de façon satisfaisante est constitué de matières utiles ou inoffensives.

L'un des traits avantageux du procédé conforme à la présente invention est que les susdites mesures qui sont prises pour garantir la qualité des produits et le contrôle des effluents sont effectivement conservées malgré la consommation, qui est faite dans ce procédé, de matières de rebut qui peuvent soit contenir, soit dégager en brûlant des substances nocives, polluantes ou toxiques.

Le contenu calcaire du ciment portland a un caractère basique (c'est-à-dire une réaction alcaline dans l'eau) qu'il confère aux matières premières du clinker; ce caractère basique est conservé par les matières solides tout au long du procédé de fabrication du ciment et persiste dans le ciment portland produit, en raison des

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

618 410

4

proportions imposées aux matières qui sont utilisées. Par conséquent, les matières calcaires qui sont introduites initialement et qui sont formées notamment de craie ou de pierre à chaux, le produit que l'on obtient en les mélangeant avec des matières argileuses, soit à l'état humide, soit à sec, c'est-à-dire les matières premières du clinker avant, pendant et après décarbonatation, le clinker lui-même avant, pendant et après broyage, ainsi que les poussières qui se dégagent de l'une quelconque de ces matières à l'intérieur de l'installation sont tous des matières basiques dans le procédé de fabrication du ciment portland.

L'invention s'applique avec un intérêt particulier à des matières de rebut formées d'immondices, c'est-à-dire normalement des immondices recueillies par les services municipaux. Selon la terminologie utilisée ici, les immondices sont constituées essentiellement par des matières qui sont recueillies surtout, sinon exclusivement, à l'état solide et comprennent les ordures ménagères et les détritus. Les ordures ménagères comprennent elles-mêmes les déchets alimentaires et les restes animaux (viandes) et végétaux (légumes) qui proviennent du traitement, du stockage, de la vente, de la préparation, de la cuisine et du service des aliments. Les détritus désignent d'une façon générale les déchets solides, à l'exclusion des ordures ménagères et des cendres, qui proviennent de résidences, d'établissements commerciaux et de collectivités. Les immondices contiennent d'ordinaire cendres, verre, métaux, papier, matières plastiques, restes animaux et végétaux.

Jusqu'ici, on se débarrassait des immondices surtout par déversement ou épandage, avec ou sans traitement mécanique préalable, par incinération dans des installations spécialement conçues à cet effet, ou par préparation de compost. Chacun de ces procédés souffre d'un inconvénient majeur qui est dû soit à la nécessité de disposer de terrains convenables ou d'équipements coûteux pour sa mise en oeuvre, soit à la présence de substances difficiles à traiter. La présence habituelle de matières plastiques dans les immondices peut provoquer, lorsque celles-ci sont soumises à incinération, le dégagement de gaz nocifs ou chimiquement actifs, en particulier de gaz acides.

Pour se débarrasser ou tirer profit d'immondices, il est souhaitable de disposer d'un procédé dans lequel on utilise toutes les valeurs résiduelles de celles-ci, avec le maximum d'économie et un risque de pollution négligeable ou nul. A cet égard, c'est la récupération de l'énergie thermique potentielle des immondices qui offre la possibilité d'un maximum d'économie. L'invention a notamment pour but de créer un procédé dans lequel l'énèrgie thermique et autres propriétés utiles des matières de rebut peuvent être récupérées directement dans des usines existantes et êtres mises à profit, sans pratiquement de production supplémentaire d'effluents par ces usines.

Dans notre brevet français N° 73.27424 (ou les brevets belge N° 802917 et suisse N° 566519), nous avons décrit un procédé pour cuire les matières premières du ciment portland dans des conditions appropriées à l'intérieur d'un four rotatif en vue de former du clinker de ciment portland. Selon ce procédé, les matières premières sont introduites à l'une des extrémités du four et du combustible destiné à faire fonctionner le four est insufflé dans la zone de combustion avec suffisamment d'air comburant, à l'extrémité opposée du four; de plus, des ordures municipales, désintégrées ou pulvérisées, sont injectées dans la zone de combustion, à celle des extrémités du four dans laquelle le combustible est insufflé. Les ordures brûlent dans la zone du combustible et les cendres qui en résultent sont ajoutées au clinker en formation dans le four; les produits gazeux de la combustion des ordures sont entraînés par les gaz traversant le four et sont ainsi purifiés par les matières calcaires basiques chaudes en présence, avant d'être admis dans le circuit gazeux normal de la cimenterie qui aboutit à l'atmosphère.

Le procédé décrit dans le susdit brevet français N° 73.27424 était fondé sur les découvertes suivantes qui, à la lumière de l'exposé fait ci-dessus au sujet du contrôle de qualité du ciment, étaient inattendues :

a) Les ordures ménagères, reçues telles quelles ou après déchiquetage, peuvent effectivement être réduites à un état pulvérisé ou désintégré sous lequel elles peuvent être transportées et injectées en quantité contrôlée dans un four rotatif, à la façon du charbon pulvérisé.

b) De façon surprenante, les cendres d'ordures ménagères peuvent se combiner au clinker de ciment portland si les ordures ont été elles-mêmes introduites directement dans la zone de combustion du four rotatif.

c) Etant donné que les cendres d'ordures peuvent se combiner au clinker et ne constituent pas un simple diluant, leur présence peut en principe être tolérée.

d) En pratique, on peut régler les matières premières introduites dans le four de façon à tenir compte des cendres d'ordures finales, sans sacrifier la qualité du ciment standard.

e) En procédant aux réglages dont il a été question en d), il est aussi possible, ce qui est surprenant, de faire face à des variations attribuables aux ordures.

f) Les ordures peuvent être brûlées sans provoquer de nuisances si elles sont introduites directement dans la zone de combustion, lors de la fabrication du ciment portland. L'effet sur le soulèvement de poussières est négligeable et on ne constate pas d'accroissement significatif dans le contenu des matières nuisibles des poussières. Des éléments en traces ne peuvent avoir d'effet malsain, même à un haut degré de remplacement du combustible par les ordures ; les quantités ne sont ni significatives, ni dangereuses. A l'échappement qui se fait à l'extrémité arrière du four, il n'y a ni HCN, ni concentration nocive de HCl, CI2 ou SO2. La corrosion ne s'accélère pas dans les conduits à effluents. L'élimination du HCl, que l'on rencontre en brûlant des ordures dans les incinérateurs usuels, constitue un progrès important apporté par l'invention.

g) L'énergie contenue dans les ordures est utilement appliquée, quelle que soit la quantité d'ordures mise en jeu, puisqu'elles ne sont pas brûlées seules mais avec un autre combustible.

h) La faculté de contrôle du procédé de fabrication du ciment peut donc être exploitée jusqu'à ce qu'on soit débarrassé complètement des ordures, tout en permettant d'obtenir du ciment portland de qualité élevée (pas seulement de qualité standard) et d'aboutir à des économies substantielles de combustible.

En ce qui concerne la possibilité de se débarrasser des ordures, le fait de brûler celles-ci aux températures mises en jeu dans la zone de combustion d'un four rotatif, c'est-à-dire aux températures usuelles de fabrication du ciment et égales à 1350°C environ avec une température de flamme de 1800°C environ, présente les avantages, par rapport aux incinérateurs municipaux normaux, de fournir: 1) une température à laquelle il se produit une destruction virtuellement complète des ordures, ne laissant aucun résidu indésirable à transporter au loin; 2) une purification adéquate des gaz dégagés par les ordures, effectuée par les matières premières basiques du ciment qui sont en présence, ce qui atténue les problèmes de corrosion et les émissions de gaz acides à l'atmosphère, et 3) l'élimination de la possibilité d'émettre des odeurs nauséabondes par la cheminée.

La présente invention est fondée sur la découverte supplémentaire que, malgré la nature intrinsèquement variable et quelque peu imprévisible des matières de rebut, on peut obtenir les susdits avantages aussi bien que d'autres avantages tout en produisant du ciment portland de qualité normale et en incinérant des ordures ou autres matières de rebut, mais en effectuant l'incinération dans une zone extérieure au four rotatif.

Les considérations dont il est tenu compte à cet égard comprennent une utilisation meilleure et plus efficace de tout pouvoir calorifique des matières de rebut, la possibilité pour une installation donnée de pouvoir traiter une plus grande quantité d'ordures

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

618 410

et une gamme plus large de matières de rebut acceptables aussi bien qu'une souplesse de fonctionnement accrue.

La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication du ciment portland utilisant au moins un four rotatif qui est alimenté en matières calcaires et argileuses à l'une de ses extrémités et qui brûle du combustible fourni à l'autre extrémité avec des gaz initialement comburants qui passent dans le four, caractérisé en ce qu'on incinère des matières de rebut autres qu'un combustible dans une zone extérieure au four rotatif de façon à engendrer un produit incombustible gazeux et un produit cendreux de fond; en ce qu'on incorpore le produit gazeux provenant de ladite zone aux effluents gazeux du procédé alors en contact avec les matières calcaires utilisées dans le procédé; en ce qu'on ajoute au moins une certaine proportion du produit cendreux auxdites matières calcaires et argileuses en le combinant chimiquement à celles-ci lors de la cuisson de ces matières à l'aide du susdit combustible de manière à former du clinker de ciment portland dans le four rotatif, et en ce qu'on broie ensuite le clinker ainsi obtenu pour le transformer en ciment portland.

Selon certains modes de réalisation de l'invention, les immondices, ordures et matières analogues peuvent être utilisées sans préparation préalable, sous réserve des limitations pratiques imposées aux dimensions, spécialement à la longueur, des morceaux devant traverser l'équipement d'alimentation qui peut être mis en jeu, tel que des vannes rotatives. En d'autres cas, il peut être avantageux de faciliter l'introduction des matières en les soumettant à un séchage ou à un ou plusieurs étages préparatoires de désintégration, par exemple dans un appareil appelé pulvérisateur dont l'application est connue à de telles fins. En cas de besoin ou de nécessité, un autre traitement préparatoire peut comprendre l'extraction de classes de substances déterminées, "par exemple par tamisage rotatif ou par séparation magnétique ou balistique. En variante, des matières qui subissent un passage dans le procédé conforme à l'invention et qui restent séparables du produit peuvent être enlevées à la suite du procédé; une telle façon de faire peut offrir l'avantage que les matières séparables se trouvent épurées par la cuisson.

Par adoption du procédé conforme à l'invention, on peut se débarrasser d'autres matières de rebut parmi lesquelles notamment les solvants et les déchets industriels toxiques et autres ainsi que les huiles usées, soit seules si elles produisent des cendres de fond de la combustion dans la zone d'incinération, soit avec une matière de rebut génératrice de cendres. En général, une température d'incinération d'au moins 750° C est atteinte pour produire les cendres destinées à être combinées au clinker. Les matières fournies à l'incinération peuvent comprendre une certaine proportion de substances qui ne sont pas entièrement, voire pas du tout, transformées en produits cendreux et gazeux sous réserve que ces substances, telles que métaux ou verre, soient séparables du clinker produit ou se combinent au clinker sans risque de dégrader le ciment portland standard qui est produit. Les matières de rebut liquides qui sont présentes ou qui viennent se former sont généralement vaporisées instantanément au cours du procédé.

Les matières de rebut dont on peut se débarrasser à l'aide de la présente invention peuvent être, de façon tout à fait générale, d'origine industrielle, collective ou domestique, tant publique que privée, et comprendre par exemple des matières de rebut très variées ayant les natures suivantes :

— déchets d'abattoirs; issues de boucherie;

— huiles contaminées par des acides ;

— dérivés de l'ammoniaque;

— billets de banque à détruire;

— écorces provenant de l'industrie papetière;

— plasma sanguin;

— drèches et résidus de houblon provenant de brasseries ;

— résidus de produits d'isolation et d'imprégnation de câbles ;

— noir de carbone et autres pigments;

— carbone provenant de tours de purification ;

— fibres de tapis;

— garnitures d'intérieur de voitures;

— vieux vêtements et coton;

— schlamms de lavoirs à charbon;

— coques de fèves de cacao;

— péricarpes et coir de noix de coco;

— déchets de grains de café;

— déchets d'extraction du charbon et des minerais;

— courroies transporteuses usagées ;

— déchets d'huile de cuisine;

— créosote;

— cyanures ;

— détergents; poudres et liquides de nettoyage;

— colorants;

— reprise de terrils;

— déchets d'entreprises agricoles; litières souillées provenant de l'élevage des poulets;

— fibres de verre;

— éléments filtrants, papier- ou tissu-filtre, accessoires de filtres, contaminés;

— déchets de poissons;

— déchets de congélation des légumes; plants de pois après récolte ;

— feuilles provenant d'emballages de cigarettes;

— terre à foulon ;

— déchets de fabriques de mobilier;

— ordures ménagères ;

— colles;

— rognures de gazon;

— déchets de salons de coiffure;

— déchets d'amphithéâtres d'hôpitaux et de cliniques chirurgicales ;

— pulpes de fruits après extraction de jus ;

— rognures de cuir;

— issues de meunerie ;

— stériles d'exploitation minière;

— huile de moteur et autres liquides fonctionnels usagés ;

— immondices recueillies par les services municipaux ;

— bouillons de journaux;

— boues de peinture;

— pulpe de papeterie;

— cosses de graines d'arachide;

— pesticides et herbicides ;

— déchets pharmaceutiques, y compris médicaments au rebut, vaccins, cultures sur gelée dë pétrole;

— résidus de nettoyage des machines à imprimer;

— déchets de démoulage des matières plastiques;

— déchets de raffinerie; cires;

— boîtes de conserve au rebut;

— balles de riz ;

— pneus usagés;

— détritus;

— déchets de scierie;

— algues;

— tourteaux d'huilerie;

— boues d'égout;

— résidus de cales de navires ;

— carbure de silicium;

— résidus de savonnerie;

— solvants;

— déchets de graines de soja;

— paille;

— betterave sucrière;

— déchets de thé;

— déchets de laboratoires d'essais ;

— bois provenant de chantiers de construction ;

— déchets de l'industrie sucrière;

— précouches de filtres à vide;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

618 410

6

— papier sulfurisé, contaminé par de l'acide sulfurique;

— catalyseurs usagés;

— déchets d'usines à gaz;

— déchets de vinification;

— copeaux de bois; déchets de scierie.

Le produit de combustion gazeux de la zone d'incinération est effectivement purifié par contact avec les matières basiques et on l'évacué finalement de l'installation en prenant les mêmes précautions qu'avec les effluents gazeux normaux du procédé de fabrication du ciment.

Pour respecter la condition que le produit gazeux venant de la zone d'incinération soit incorporé aux effluents gazeux du procédé de fabrication du ciment, il est suffisant, en raison de la nature basique des matières calcaires dont il a déjà été question, d'entraîner le produit gazeux dans les effluents gazeux, en n'importe quel point précédant l'étape dans laquelle les gaz effluents sont purifiés avant d'être relâchés, par exemple en un point précédant les précipitateurs électrostatiques, notamment dans le broyeur initial dont l'air en circulation est déchargé à travers les précipitateurs. Toutefois, dans les modes de réalisation préférés de l'invention, et spécialement dans les cas où le produit gazeux de l'incinération a une valeur calorifique utile dérivée des matières de rebut, les effluents gazeux en question sont constitués par le gaz qui traverse le four. Ainsi, le produit gazeux peut être entraîné dans les effluents gazeux par introduction en l'un d'une multitude de points du circuit gazeux de la cimenterie, par exemple à l'extrémité de mise à feu du four rotatif, à la sortie par laquelle les gaz s'échappent du four, dans un étage de préchauffage destiné à préparer les matières devant être introduites dans le four ou dans le conduit reliant cet étage au four, ou encore dans le conduit d'échappement des gaz qui aboutit aux précipitateurs.

Selon une première version préférée de l'invention, la zone d'incinération des matières de rebut est une zone dans laquelle les matières calcaires et argileuses passent à une température telle que les matières de rebut s'y allument. La zone peut ainsi être une partie d'un dispositif de préchauffage à grille mobile pour lesdites matières calcaires et argileuses ou elle peut être située à l'intérieur d'un dispositif de préchauffage ou précalcination à suspension gazeuse pour lesdites matières calcaires et argileuses ou encore la zone peut être située à l'intérieur d'un conduit relié directement à celle des extrémités du four rotatif par laquelle celui-ci est alimenté en matières calcaires et argileuses, tel qu'un conduit d'alimentation dans lequel les matières préchauffées descendent vers l'extrémité arrière du four et qui peut servir aussi à évacuer vers le haut les effluents gazeux du four.

Selon certains modes de réalisation de cette première version de l'invention, l'incinération des immondices se fait dans une zone opératoire qui est inhérente au procédé de fabrication du ciment et dans laquelle la chaleur résultante peut être absorbée utilement, les cendres résultantes étant ajoutées directement et immédiatement et incorporées aux matières premières du clinker pour être ensuite combinées à celles-ci par calcination, tandis que le produit de combustion gazeux rejoint le courant principal des gaz dans la zone, dans son trajet au contact avec des matières basiques en suspension ou supportées, c'est-à-dire les matières premières du clinker.

Selon une deuxième version préférée de l'invention, la zone d'incinération est extérieure au chemin que suivent les matières calcaires et argileuses dans le procédé et le produit gazeux est de préférence utilisé pour apporter de la chaleur à ces matières avant leur entrée dans le four rotatif. Selon ce mode de réalisation, un four auxiliaire est utilisé pour brûler les matières de rebut et le produit gazeux ainsi que les cendres de fond qui en résultent peuvent être introduits ensemble ou séparément dans la même partie ou dans des parties différentes de l'installation de fabrication du ciment, pour s'adapter à des circonstances particulières ou pour procurer des avantages spéciaux. Les endroits correspondant à l'entraînement du produit gazeux sont mentionnés ci-dessus ; il peut y avoir des cendres volantes entraînées par ce produit gazeux et pouvant être au moins en partie absorbées par le système à ciment, par exemple dans les poussières récupérées dans les précipitateurs et recyclées pour être insufflées à l'extrémité avant du four. Les cendres de fond sont conduites en totalité ou en partie à l'un au moins d'un certain nombre de points d'entrée possibles pour être ajoutées aux matières premières du clinker, de préférence avant l'entrée de celles-ci dans le four rotatif, par exemple dans le broyeur initial, l'étage de préparation comprenant notamment l'opération de mélange dosé des matières premières du ciment sous forme de poudre sèche ou de pâte, un étage de préchauffage ou précalcination tel qu'un séchoir de pâte à jets, un dispositif de préchaufFage à suspension gazeuse ou à grille mobile, ou le conduit par lequel les matières premières solides pénètrent par gravité dans le four rotatif. En variante, les cendres peuvent être introduites à l'extrémité de mise à feu du four rotatif.

Divers modes de réalisation vont être exposés plus en détail ci-après, d'abord en référence à la première version préférée de l'invention définie ci-dessus.

Les immondices peuvent être introduites dans un dispositif de précalcination à grille mobile, tel qu'un four Lepol, dans lequel les matières premières du clinker, introduites en continu, sont traitées par la chaleur avant qu'on les laisse tomber dans un four rotatif. Un tel four à grille mobile comprend, de façon usuelle, deux compartiments successifs respectivement pour sécher et pour calciner partiellement les matières premières du clinker lorsqu'elles sont transportées sous la forme d'un lit de nodules le long des compartiments du four à grille mobile; on fournit normalement la chaleur à ce lit en le faisant traverser de haut en bas, dans les deux compartiments successifs, par un courant de gaz chauds provenant de l'extrémité arrière du four rotatif y associé, ce courant étant provoqué par des soufflantes travaillant à l'aspiration. On peut laisser tomber des matières de rebut telles que des immondices dans le deuxième compartiment ou compartiment de précalcination, par exemple à l'aide d'une vanne à double clapet, d'où la dépression existante les attire jusque sur le lit, le cas échéant avec des matières combustibles telles que tourbe et huile ou avec des gaz chauds provenant d'une source auxiliaire. Les matières combustibles sont de préférence dirigées vers celle des parties du lit qui est entrée le plus récemment dans le compartiment et elles brûlent jusqu'à former, d'une part, des cendres qui sont ajoutées intimement aux matières premières du clinker pour y être ultérieurement combinées dans le four et, d'autre part, un produit de combustion gazeux qui est aspiré à travers les matières chaudes contenant le constituant calcaire basique reposant sur la grille mobile, avec le courant normal de gaz qui s'achemine vers l'installation d'extraction des poussières telle qu'un groupe de précipitateurs.

Les matières de rebut telles que des immondices peuvent de même être introduites et brûlées dans un étage de préchauffage à suspension gazeuse qui peut aussi être associé à un four destiné à fournir de la chaleur au dispositif de préchauffage et dans lequel les matières premières du clinker sont prétraitées, par exemple dans une succession de cyclones, avant de pénétrer dans le four rotatif. On peut laisser tomber du dispositif de préchaufFage les cendres provenant des immondices, les ajouter aux matières premières du clinker et les faire entraîner par ces dernières matières le long du conduit descendant usuel jusqu'au four rotatif alors que le produit de combustion gazeux provenant des immondices rejoint le gaz de suspension ascendant lorsqu'il traverse les cyclones à contre-courant des matières premières du clinker qui contiennent le constituant calcaire basique, sur le chemin aboutissant au dispositif d'extraction des poussières.

Les matières de rebut telles que des immondices peuvent être introduites par une vanne ou à l'aide d'un convoyeur aboutissant dans le conduit par lequel les matières premières du clinker descendent pour pénétrer dans le four rotatif où les matières de rebut vont être incinérées ; comme dans les autres modes de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

618 410

réalisation, le produit gazeux résultant est capté par le courant de gaz normal sortant du four et sert à augmenter sa capacité de chauffage dans n'importe quel étage de préchauffage attaché au conduit, tandis que les cendres descendent dans le four pour se combiner au clinker produit.

Selon certains modes de réalisation de la deuxième version préférée de l'invention, on utilise de préférence une enceinte de combustion à lit fluidisé dans laquelle les matières de rebut sont brûlées. Une enceinte de combustion à lit fluidisé qui convient particulièrement bien, car elle peut accepter les matières les plus diverses tant en dimensions qu'en genres, possède un plancher incliné et des moyens propres à susciter, par contrôle de l'arrivée d'air sous le lit, un courant de recyclage des matières incomplètement brûlées, en forme de boucles ascendantes, tandis que les cendres sont extraites à la partie la plus basse, à un rythme correspondant aux vitesses d'alimentation et de combustion. Des enceintes de combustion à lit fluidisé de ce type sont décrites par exemple dans les brevets français Nos 2078052 et 2203964. D'autres enceintes de combustion à lit fluidisé, spécialement destinées à brûler des immondices, sont décrites par exemple dans les brevets britanniques Nos 1212887 et 1268924 et français N° 2117494.

L'utilisation du lit fluidisé permet au procédé conforme à l'invention de s'appliquer d'une manière aisément adaptable tant en ce qui concerne les matières combustibles acceptables que l'endroit d'arrivée des produits de combustion dans le procédé de fabrication du ciment.

Voici des exemples avantageux de liaisons entre l'enceinte de combustion à lit fluidisé et le procédé de fabrication du ciment, donnés à titre d'illustration et susceptibles de modifications supplémentaires :

1. Cendres amenées à n'importe quel point entre le broyage initial et le four rotatif; gaz chauds amenés à la jonction entre four et refroidisseur.

2. Cendres amenées au dispositif de préchauffage à suspension ; gaz chauds amenés au dispositif de préchauffage à suspension.

3. Cendres amenées au dispositif de préchauffage à grille mobile; gaz chauds amenés au dispositif de préchauffage à grille mobile.

4. Cendres amenées au four; gaz chauds amenés au séchoir à jets de la pâte à ciment (d'où le produit séché passe au four).

5. Cendres amenées au broyeur initial ; gaz chauds amenés au broyeur initial.

Selon certains modes de réalisation, la chaleur disponible à la sortie de l'enceinte de combustion à lit fluidisé peut être supérieure à la chaleur utile dans celui des étages du procédé de fabrication du ciment auquel elle est fournie, notamment dans le cas du séchoir à jets. Dans de tels cas, il est avantageux de soutirer de la chaleur, par exemple sous forme de vapeur, à l'aide d'un échan-geur de chaleur placé sur le chemin du produit de combustion gazeux chaud, à l'intérieur ou à l'extérieur de la chambre de combustion, ou à l'aide de tubes échangeurs de chaleur traversant le lit fluidisé chaud. Par ailleurs, si le gaz présente un intérêt spécial comme source de chaleur, on peut élever la température de combustion.

Le procédé conforme à l'invention est applicable à n'importe quel procédé de fabrication du ciment portland. On fait les réajustements nécessaires, d'une part, sur le combustible fourni normalement au procédé, pour tenir compte de la contribution calorifique des matières combustibles, et, d'autre part, sur les matières premières du clinker utilisées, pour tenir compte de la contribution apportée par les cendres à la formation du clinker. Bien entendu, ces réajustements sont en corrélation avec la proportion des matières combustibles incinérées, rapportée au combustible qui est fourni au procédé de fabrication du ciment.

La proportion des matières combustibles qui peuvent être assimilées par le procédé conforme à l'invention peut être limitée par la mesure dans laquelle on aurait à tenir compte de traces de matières toxiques (telles que plomb et zinc) dans les effluents ou par l'influence que peuvent avoir les cendres sur la composition du produit standard. Le poids des matières combustibles incinérées, rapporté au poids du clinker produit, peut atteindre des valeurs de 60% et mêrtie davantage; cependant, même une proportion de quelques pour-cent représente, dans un procédé commercial de fabrication du ciment, une quantité considérable de matières combustibles et, en ce qui concerne par exemple les immondices municipales, permet d'envisager d'assimiler les immondices d'une grande ville dans une seule cimenterie.

A titre d'illustration, l'invention va être maintenant exposée plus en détail à l'aide des dessins annexés.

La fig. 1 représente schématiquement une installation de fabrication de ciment, par voie humide, qui comporte une enceinte de combustion à lit fluidisé pour matières de rebut, selon la deuxième version préférée de l'invention.

La fig. 2 représente schématiquement une installation de fabrication de ciment, par voie semi-humide, qui comporte un séchoir à jets pour la préparation des matières premières alimentant le four ainsi qu'une enceinte de combustion à lit fluidisé pour matières de rebut, selon la deuxième version préférée de l'invention.

La fig. 3 représente schématiquement une installation de fabrication de ciment, par voie sèche ou semi-sèche, qui comporte un dispositif de préchauffage à grille mobile et qui utilise soit une enceinte de combustion à lit fluidisé pour matières de rebut selon la deuxième version préférée de l'invention, soit le compartiment aval du four à grille mobile comme zone d'incinération des matières de rebut selon la première version préférée de l'invention.

La fig. 4 représente schématiquement une installation de fabrication de ciment, par voie sèche, qui comporte un dispositif de préchauffage à suspension gazeuse et qui utilise soit une enceinte de combustion à lit fluidisé pour matières de rebut selon la deuxième version préférée de l'invention, soit le conduit de liaison établi entre le dispositif de préchauffage et le four rotatif, ou une zone du dispositif de préchauffage, comme zone d'incinération des matières de rebut selon la première version préférée de l'invention.

Sur les dessins, on n'a représenté que les parties essentielles de l'installation qui ont un rapport plus ou moins direct avec l'invention. Malgré leur absence des dessins, on doit comprendre que les accessoires usuels font partie de l'installation de fabrication de ciment en question. Les éléments ayant des fonctions analogues sont indiqués par des chiffres de référence identiques ou apparentés.

Si l'on se reporte à la fig. 1, il y est représenté un étage de préparation de pâte 1A qui, en général, comprend des broyeurs-laveurs pour le calcaire et pour l'argile, des tamis et des silos de mélange et de stockage de la pâte finie. Cet étage reçoit en 2 de l'eau et des matières premières calcaires et argileuses. La pâte ainsi préparée est transportée par une canalisation 3A de façon à être introduite à l'extrémité arrière d'un four rotatif 4W. Dans ce four 4W, la pâte est séchée, décarbonatée et convertie en clinker de ciment portland par la chaleur développée en brûlant du combustible qui est injecté en 5 à l'extrémité avant du four 4W. Le clinker chaud sort du four 4W en 6, par une hotte qui l'amène à un refroidisseur 7, et, après avoir traversé ce refroidisseur 7, il le quitte en 8 pour aboutir à un étage de broyage final (non représenté).

L'air fourni en 9 au refroidisseur 7 s'échauffe en refroidissant le clinker et fournit de l'air secondaire préchauffé pour le combustible injecté dans le four 4W où il entretient la combustion du combustible. Les effluents gazeux du four 4W sont prélevés par un conduit 10 pour être dépoussiérés dans des précipitateurs électrostatiques 11 et pour être lâchés dans l'atmosphère en haut d'une cheminée 12. Les poussières recueillies dans ces précipitateurs 11 peuvent être ramenées par un conduit 13 au four 4W, par l'extrémité avant de celui-ci ou par l'intermédiaire de manches (non montrées) en un point du four 4W situé plus haut.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

618 410

8

Les matières de rebut sont introduites en 14 à l'extrémité de moindre hauteur d'une enceinte de combustion 15 à lit fluidisé. L'enceinte de combustion 15 est construite avec un support de lit incliné 16, muni d'ouvertures qui sont agencées de façon à être alimentées sélectivement par le bas en air de fluidisation provenant d'une source (non représentée) selon des débits différenciés, la chambre d'insufflation située sous le support 16 étant compartimentée à cet effet; il en résulte un mouvement circulaire des matières sur le lit autour d'un axe pratiquement horizontal. Les matières de rebut sont incinérées dans l'enceinte 15, d'une manière connue en elle-même, de façon à former, d'une part, un produit de combustion gazeux qui sort par un conduit 17 et, d'autre part, des cendres de fond qui passent dans un conduit ou convoyeur 18 pour être emmenées à l'étage de préparation de la pâte 1A et être incorporées aux matières premières du ciment, par exemple avant les silos de mélange.

Selon le mode de réalisation qui est illustré à la fig. 1, le produit gazeux sortant par le conduit 17 traverse un échangeur de chaleur 19 qui permet à l'énergie thermique excédentaire d'être soutirée pour des applications auxiliaires et il est introduit par un conduit 17C dans le conduit 10 où il rejoint les effluents porteurs de poussières calcaires venant du four 4W, pour être dépoussiéré et lâché dans l'atmosphère avec ces effluents, comme décrit ci-dessus. Selon une variante de ce mode de réalisation, le produit gazeux chaud, issu de l'enceinte de combustion 15, emprunte un conduit 21 pour rejoindre l'air entrant en 6 dans le four 4W, si le produit gazeux chaud est à une température suffisamment élevée pour qu'il puisse être utilisé dans ce sens.

En variante, les cendres peuvent être prélevées dans le conduit 18 et, en cas de besoin, être réduites en poudre dans un broyeur 20 avant d'être introduites directement à l'extrémité arrière du four 4W avec la pâte fournie par le conduit 3A.

En fait, l'échangeur de chaleur 19 constitue d'une façon générale un moyen pour assurer un échange de chaleur dans le système d'enceinte de combustion à lit fluidisé et il peut être complété ou remplacé par des moyens échangeurs de chaleur (non montrés), dans le courant de gaz chauds à l'intérieur de l'enceinte de combustion 15 ou à l'intérieur du lit qui brûle sur le support 16. L'eau qui est fournie pour l'échange de chaleur, dans l'échangeur 19 ou dans d'autres moyens échangeurs de chaleur associés à l'enceinte de combustion 15, peut aussi contenir de la chaleur soutirée ailleurs dans le système de fabrication du ciment.

Dans ceux des modes de réalisation de l'invention où les matières de rebut sont incinérées dans une zone traversée par les matières calcaires ou argileuses, les cendres de fond résultantes sont généralement ajoutées en totalité aux matières calcaires et argileuses au cours de leur passage à travers l'installation. Dans les cas toutefois où la zone d'incinération des matières de rebut est extérieure au chemin que suivent les matières calcaires et argileuses au cours du procédé, les cendres de fond ne passent pas automatiquement et nécessairement en totalité dans le procédé de fabrication du ciment bien qu'en général elles finissent toutes par être consommées dans le procédé en vue d'assurer le maximum d'avantages en ce qui concerne la faculté de se débarrasser des matières de rebut. L'invention permet à cet égard un certain degré de souplesse et, lorsque les matières de rebut sont telles que l'intérêt principal réside dans la possibilité de se débarrasser du produit d'incinération gazeux et/ou de récupérer la valeur calorifique des matières de rebut et lorsque les cendres peuvent trouver d'autres applications, les cendres ajoutées aux matières calcaires et argileuses peuvent alors ne représenter qu'une fraction des cendres de fond qui sont produites dans la zone d'incinération, en fonction de considérations économiques. Dans de tels cas, au moins 20%, de préférence au moins 50% ou mieux encore au moins 90% en poids des cendres de fond sont finalement introduites, par la canalisation 18 ou autrement, à la partie du système où le ciment est fabriqué.

Dans tous les cas, les matières premières alimentant le procédé de fabrication du ciment ont une composition qui tient compte de toute contribution apportée par les cendres à la composition finale du clinker.

A la fig. 2, on a représenté un étage de préparation de pâte 1A qui reçoit de l'eau et des matières premières en 2, une canalisation de transport de la pâte 3A, un dispositif d'alimentation en combustible 5, une hotte 6, un refroidisseur 7, une sortie de clinker 8, une entrée d'air 9, des précipitateurs II, une cheminée 12, un dispositif d'alimentation en matières de rebut 14, une enceinte de combustion à lit fludisé 15 contenant un support de lit 16, un conduit à produit gazeux 17, un transporteur de cendres 18, un échangeur de chaleur 19, un broyeur 20 et, selon une variante, un conduit à produit gazeux 21, tous ces éléments étant analogues à ceux qui sont désignés par les mêmes chiffres à la fig. 1 et remplissant pratiquement les mêmes fonctions que ceux-ci.

De la pâte préparée à l'étage 1 A, au moins une certaine fraction est séchée dans un séchoir à jets et le reste éventuel est alors mélangé à la fraction ainsi séchée. En dosant convenablement la quantité des matières séchées dans le mélange ainsi préparé, on obtient des matières premières dont la teneur en humidité est adéquate pour alimenter le four rotatif désigné ici par 4D.

Par conséquent, au moins ime fraction de la pâte préparée à l'étage 1A est conduite par la canalisation 3A à la roue atomi-seuse 22 d'un séchoir à jets 23 où elle est séchée dans une atmosphère chaude qui est produite de la manière décrite ci-dessous. Le produit solide ainsi séché descend par un conduit 24' et est mélangé, par des moyens non représentés, avec la pâte humide supplémentaire éventuelle qui est fournie directement par l'étage de préparation 1A ou par la canalisation 3A. Le lot de matières premières ainsi préparé pénètre dans le four 4D.

Ce four 4D est fondamentalement analogue au four 4W de la fig. 1, mais il fonctionne en tant que four à procédé sec et il est un peu plus court que le four 4W pour le même débit.

Un conduit ascendant 10A permet aux effluents gazeux chauds du four 4D de pénétrer dans la chambre du séchoir à jets 23 ou d'être déviés par un conduit 10B jusqu'à un conduit 10C qui transmet les gaz d'échappement du séchoir 23 aux précipitateurs 11. De plus, un conduit 17A permet au produit gazeux chaud de l'enceinte de combustion 15 de pénétrer dans la chambre du séchoir à jets 23. L'atmosphère chaude qui règne dans ce séchoir 23 est ainsi créée par le produit d'incinération gazeux, augmenté d'une quantité d'efïluents gazeux du four 4D qui est déterminée à volonté, et les gaz humides qui se forment dans le séchoir à jets 23 sont évacués par le conduit 10C.

Si une fraction relativement faible des matières solides alimentant le four 4D est séchée par jets et si les effluents gazeux du four ont donc une teneur en humidité relativement élevée, il peut y avoir intérêt à faire passer en totalité les effluents gazeux du four directement par le conduit de déviation 10B jusqu'au conduit d'échappement 10C. Par ailleurs, si on augmente le degré de séchage des matières premières à l'extérieur du four, c'est-à-dire si on accroît la fraction des matières premières séchées par jets, les gaz résultants qui quittent le four 4D par le conduit ascendant 3A et qui sont plus chauds et plus secs peuvent être mis à profit dans le séchoir 23. Des considérations économiques tendent à limiter la capacité gazeuse volumétrique de ce séchoir 23 et l'efficacité du transfert massique qui peut être obtenu dans le séchoir 23 peut conduire, dans le conduit d'échappement 10C, à des conditions qui sont trop proches de la saturation; les effluents gazeux chauds du four, débités par le conduit de déviation 10B, peuvent être utilisés pour relever le point de rosée des gaz dans le conduit d'échappement 10C, avant d'atteindre les précipitateurs 11.

A la fig. 3, on a représenté un four 4D comme à la fig. 2. On y a représenté aussi un dispositif d'alimentation en combustible 5, une hotte 6, un refroidisseur 7, une sortie de clinker 8, une entrée d'air 9, des précipitateurs 11, une cheminée 12, un dispositif d'alimentation en matières de rebut 14, une enceinte de combus5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

9

618 410

tion à lit fluidisé 15 contenant un support de lit 16, un conduit à produit gazeux 17, un transporteur de cendres 18, un échangeur de chaleur 19, un broyeur éventuel 20, et, selon une variante, un conduit à produit gazeux 21, tous ces éléments étant analogues à ceux qui sont désignés par les mêmes chiffres à la fig. 1 et remplissant pratiquement les mêmes fonctions que ceux-ci.

Dans un broyeur initial 2A, du calcaire et du schiste arrivant en 2 sont mélangés avant d'être transmis à un étage de préparation de poudre de matières premières 1B qui comprend par exemple des silos de dosage et des silos de stockage de cette poudre. Celle-ci est alors transportée par un dispositif élévateur 3B jusqu'à des granulateurs (non montrés) qui alimentent un dispositif de préchauffage à grille mobile 24 du type Lepol à courant descendant, lequel dispositif alimente à son tour le four 4D en nodules préchauffés et partiellement calcinés de matières premières du clinker, à l'aide d'un conduit 100. Les gaz chauds provenant du four 4D s'élèvent à l'intérieur du conduit 100 pour servir de fluide de chauffage dans le dispositif de préchauffage 24, avant d'être évacués par un conduit 10C vers les précipitateurs 11. Le produit d'incinération gazeux recueilli dans le conduit 17 est transmis soit par un conduit 17A au compartiment calcinateur 25 du dispositif de préchauffage 24, en traversant le toit de ce compartiment, soit par un conduit 17B au conduit ascendant 100 en vue d'augmenter la chaleur dans le dispositif 24, soit par le conduit 21 à l'extrémité avant du four 4D, soit par une canalisation 17C aux précipitateurs 11 par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 19.

Les cendres provenant de l'enceinte de combustion 15 sont transmises soit par une canalisation 18A à la section de mélange de l'étage 1B, soit par une canalisation 18B au broyeur initial 2A pour y être incorporées aux matières premières qui sont préparées pour alimenter le procédé de fabrication du ciment, avec ou sans broyage. Le produit gazeux recueilli dans le conduit 17 peut aussi être fourni au broyeur initial 2A par des moyens (non montrés) associés au conduit 18B.

Au lieu d'arriver en 14 dans l'enceinte de combustion 15, les matières de rebut peuvent être introduites en 140, après en avoir traversé le toit, dans le compartiment de calcination 25 du dispositif de préchauffage 24, au-dessus du lit mobile 26 de ce dernier, à l'aide d'une vanne appropriée ou par injection dans l'air. Les matières de rebut brûlent alors sur ce lit 26, grâce à quoi les cendres dues à leur combustion sont incorporées aux matières premières alimentant le four 4D et le produit d'incinération gazeux rejoint les effluents gazeux qui s'échappent par le conduit 10C.

A la fig 4, on a représenté un étage de préparation de poudre de matières premières 1B, un dispositif d'alimentation en matières premières 2, un broyeur 2A, un transporteur 3B, un four 4D, un dispositif d'alimentation en combustible 5, une hotte 6, un refroidisseur 7, une sortie de clinker 8, une entrée d'air 9, un conduit d'évacuation des effluents gazeux 10C, des précipitateurs 11, une cheminée 12, un dispositif d'alimentation en matières de rebut 14, une enceinte de combustion à lit fluidisé 15 contenant un support de lit 16, des conduits à produit gazeux 17 et 17C, des transporteurs de cendres 18, 18A et 18B, un échangeur de chaleur 19 et un broyeur 20 et, selon une variante, un conduit à produit gazeux 21, tous ces éléments étant analogues à ceux qui sont désignés par les mêmes chiffres aux fig. 1 et 3 et remplissant pratiquement les mêmes fonctions que ceux-ci.

La poudre de matières premières qui a été préparée à l'étage 1B est fournie par le dispositif transporteur ou élévateur 3B à un dispositif de préchauffage à suspension gazeuse 27 d'où la poudre préchauffée est transférée par gravité au four 4D par l'intermédiaire d'un conduit descendant 100'. Les gaz chauds destinés à la suspension et au chauffage dans le dispositif 27 sont soutirés dans le four 4D par un conduit ascendant 100 et sont évacués finalement par le conduit 10C. Le produit d'incinération gazeux est introduit par un conduit 17A dans le courant gazeux du dispositif de préchauffage 27 et les cendres de fond peuvent de même être introduites dans les matières solides qui sont préparées pour être traitées dans ce dispositif 27. Les cendres peuvent être ajoutées directement, par un conduit 18C aboutissant à la canalisation 3B, aux matières solides alimentant le dispositif de préchauffage 27.

Au lieu d'arriver en 14 dans l'enceinte de combustion 15, les matières de rebut peuvent être introduites en 141 dans le conduit descendant 100' ou en 142 dans l'une des sections du dispositif de préchauffage 27 pour y être brûlées, les cendres ainsi produites étant incorporées aux matières premières alimentant le four 4D et le produit d'incinération gazeux rejoignant le courant de gaz qui traverse le dispositif de préchauffage 27.

Les exemples suivants illustrent l'invention encore davantage.

En vue de procéder à des calculs explicatifs, supposons que les matières de rebut sont constituées par des immondices ayant: a) un pouvoir calorifique net de 5000 kcal/kg sur la base de matières sèches et exemptes de cendres ; b) une teneur en humidité, à l'introduction dans une enceinte de combustion, de 24% en poids, et c) une teneur en cendres de 22% en poids.

Le bilan thermique qui suit est fondé sur des immondices qui contiennent 1 kg de matières combustibles ayant un pouvoir calorifique de 5000 kcal (c'est-à-dire 1,85 kg d'immondices telles qu'introduites).

Pour une enceinte de combustion à lit fluidisé qui fonctionne avec une température de lit de 900° C, il en résulte le bilan thermique suivant, lorsque des conditions de combustion stœchiomét-rique sont établies. On suppose que des tubes échangeurs de chaleur à vapeur sont disposés dans le lit.

Entrée Sortie (kcal) (kcal)

Combustion des immondices 5000

Produits de combustion (8,250 kg) 1930

Cendres (0,408 kg) 77

Evaporation d'eau (0,445 kg) 400 400

Chaleur prélevée sous forme de vapeur par des tubes dans le lit 2592

5000

En supposant que les produits de combustion gazeux sont prélevés à travers un échangeur de chaleur où les gaz sont refroidis à 200°C par exemple, en produisant plus de vapeur, on a alors:

Entrée Sortie (kcal) (kcal)

Produits de combustion 1500 net

Pertes 225

Vapeur engendrée 1275

1500

Le rendement de la récupération de la chaleur peut être estimé comme suit:

(kcal)

Sortie de chaleur sous forme de vapeur (i) par les tubes 2203 (=2592x0,85)

(ii) par l'échangeur 1275

3478

Entrée de chaleur = 5000 kcal D'où rendement = 3478/5000, ou 70%.

Ce rendement de 70% se compare avantageusement à celui que l'on peut obtenir avec le procédé décrit dans le susdit brevet

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

618 410

10

français N° 73.27424. Avec ce dernier procédé, 4,5 t d'immondices ont le pouvoir calorifique de 11 de charbon standard (7000 kcal/kg brut) alors qu'avec le procédé conforme à l'invention, 2,6 t d'immondices produisent le même effet de chauffage. Le procédé précédent offre un rendement de 58%.

Exemple 1 :

Cet exemple se réfère à la fig. 1 des dessins annexés. Si les cendres sortant de l'enceinte de combustion 15 représentent 50% en poids des matières argileuses entrant dans le procédé de fabrication du ciment, pour une fabrication de 401 de clinker à l'heure, ce qui exige 66 t/h de matières premières dont 13,2 t/h de composant argileux, les cendres absorbées dans le clinker représentent 6,6 t/h, fournies par la combustion de 6,6 x 1,85/0,408 = 30 t/h d'immondices.

Donc:

i) pour l'enceinte de combustion

Entrée Sortie x 1000 x 1000 kcal/h kcal/h

Entrée de chaleur par combustion des immondices 80750

Produits de combustion (133,2 t/h) 31170

Cendres (6,6 t/h) 1244

Evaporation d'eau (7,2 t/h) 6460

Chaleur disponible pour engendrer de la vapeur dans le lit 41876

80750

ii) Echangeur de chaleur (19) gaz refroidis à 200° C

Entrée de chaleur par produits de combustion 24225

Pertes 3634

Vapeur engendrée 20591

Potentiel de récupération total de la chaleur 24225

sous forme de vapeur

=20591000+(41876000 x 0,85) kcal/h = 56186000 kcal/h.

Le procédé consomme 301 d'immondices à l'heure, ce qui représente 75% en poids du clinker, avec un bénéfice thermique de 56,2-10® kcal/h environ sous forme de vapeur.

Exemple 2

Cet exemple se réfère à la fig. 2 des dessins annexés et à l'utilisation des produits de combustion gazeux provenant de l'enceinte de combustion 15 pour sécher la pâte.

Si l'on prend la même quantité d'immondices (30 t/h) qu'à l'exemple 1, nous avons 133,2 t/h de produits de combustion gazeux à 900° C.

Vapeur de l'enceinte de combustion 41877000 kcal/h

Température d'échappement pour une bouillie

à 40% de teneur en humidité 180°C

Chaleur exigée par kilo d'eau évaporée 708 kcal

Solides chauffés à 180°C 65 kcal

773 kcal par kg d'eau évaporée.

En se refroidissant à 180°C, les produits de combustion abandonnent:

133,2 x 1000 x 0,26 x 720 =24935040 kcal/h qui sèchent complètement 32357 kg/h d'eau dans la pâte alimentant le four, ce qui fournit 48386 kg/h de solides secs, c'est-à-dire 29,3 t/h d'équivalent clinker.

Bilan thermique du système (base: 1 h):

Entrée Sortie x 1000 kcal x 1000 kcal

30 t/h d'immondices 80750

Séchage de bouillie 24935

Vapeur 41876

Echappement 13939

80750

L'effet obtenu sur le fonctionnement du four rotatif est qu'une "moins grande quantité de combustible fossile est nécessaire. Etant donné que la teneur en humidité des matières alimentant le four a été réduite à un niveau effectif de 15% pour un niveau de production de 401 de clinker à l'heure, la température s'élève à l'extrémité arrière du four. Les effluents gazeux chauds du four peuvent aussi être dirigés en totalité ou en partie vers le séchoir à jets, avec un bénéfice supplémentaire potentiel sur le séchage de la pâte, ou ils peuvent être utilisés (par l'intermédiaire du conduit de déviation 10B) pour maintenir le point de rosée au niveau désiré pour les précipitateurs, en fonction de la proportion de chaleur prélevée sur les immondices sous forme de vapeur ou de fluide à sécher la pâte.

Exemple 3:

Cet exemple se réfère à la fig. 3 des dessins annexés.

Si l'on brûle 201 d'immondices à l'heure dans l'enceinte de combustion 15 en conjonction avec la production de 40 t de clinker à l'heure, en utilisant un four à grille mobile 24 du type Lepol, le bénéfice thermique du procédé (si l'on fait les mêmes calculs qu'aux exemples 1 et 2) est de 17316000 kcal/h, puisque la température d'échappement du système est, comme à l'ordinaire, de 150° C.

On économise ainsi une quantité correspondante de combustible fossile à brûler dans le four. De plus, il est engendré de la vapeur équivalant à 13959000 kcal/h. Si les immondices sont ajoutées directement à la grille, la quantité qui peut être absorbée dans le procédé de fabrication du ciment se trouve limitée à 6,5 t environ à l'heure, avec un bénéfice thermique potentiel de 14784000 kcal/h.

Des calculs analogues peuvent se faire au sujet du système illustré à la fig. 4 des dessins annexés.

De la description et des exemples qui ont été donnés ci-dessus à titre d'illustration, il résulte qu'en ce qui concerne l'utilisation de matières de rebut autres qu'un combustible, l'invention englobe les matières de rebut dont la combustion apporte de la chaleur au procédé de fabrication du ciment. L'invention ne s'étend toutefois pas à l'incinération en elle-même de substances envisagées jusqu'ici, dans la fabrication du clinker de ciment, essentiellement en tant que combustibles allumés et brûlés dans une zone extérieure au four rotatif et fournissant des cendres de fond combinées au clinker.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

R

4 feuilles dessins

Claims (11)

618 410

1. Procédé de fabrication du ciment portland utilisant au moins un four rotatif qui est alimenté en matières calcaires et argileuses à l'une de ses extrémités et qui brûle du combustible fourni à l'autre extrémité avec des gaz initialement comburants qui passent dans le four, caractérisé en ce qu'on incinère des matières de rebut autres qu'un combustible dans une zone extérieure au four rotatif de façon à engendrer un produit incombustible gazeux et un produit cendreux de fond; en ce qu'on incorpore le produit gazeux provenant de ladite zone aux effluents gazeux du procédé alors en contact avec les matières calcaires utilisées dans le procédé; en ce qu'on ajoute au moins une certaine proportion du produit cendreux auxdites matières calcaires et argileuses en le combinant chimiquement à celles-ci lors de la cuisson de ces matières à l'aide du susdit combustible de manière à former du clinker de ciment portland dans le four rotatif; et en ce qu'on broie ensuite le clinker ainsi obtenu pour le transformer en ciment portland.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les effluents gazeux sont constitués par le gaz qui traverse le four.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite zone est une zone dans laquelle les matières calcaires et argileuses passent à une température telle que les matières de rebut s'y allument.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone est une partie d'un dispositif de préchauffage à grille mobile pour lesdites matières calcaires et argileuses.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone est située à l'intérieur d'un dispositif de préchauffage à suspension gazeuse pour lesdites matières calcaires et argileuses.

6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone est située à l'intérieur d'un conduit relié directement à celle des extrémités du four rotatif par laquelle celui-ci est alimenté en matières calcaires et argileuses.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone est extérieure au chemin que suivent les matières calcaires et argileuses dans le procédé et le produit gazeux est utilisé pour apporter de la chaleur à ces matières avant leur entrée dans le four rotatif.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le produit gazeux est utilisé pour chauffer les matières calcaires et argileuses dans un séchoir à jets qui leur est destiné.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite zone est un lit fluidisé.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cendres de fond sont incorporées aux matières calcaires et argileuses avant l'entrée de celles-ci dans le four rotatif.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières de rebut sont des immondices déchiquetées avant leur entrée dans ladite zone.