EP0248708B1 - Procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche avec précalcination - Google Patents

Procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche avec précalcination Download PDF

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EP0248708B1
EP0248708B1 EP87401168A EP87401168A EP0248708B1 EP 0248708 B1 EP0248708 B1 EP 0248708B1 EP 87401168 A EP87401168 A EP 87401168A EP 87401168 A EP87401168 A EP 87401168A EP 0248708 B1 EP0248708 B1 EP 0248708B1
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heat
kiln
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clinker
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Philippe Benoit
Alain Chielens
André Pinoncely
Florence Osselin
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Fives Cail Babcock SA
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Fives Cail Babcock SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/42—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or like devices

Definitions

  • the subject of the present invention is a method for regulating a cement manufacturing installation in the dry process comprising a precalcination chamber in which the raw material is at least partially decarbonated, a rotary tubular oven equipped with a burner at its outlet end. clinker, a heat exchanger where the raw material is preheated by means of exhaust gases from the rotary kiln and the precalcination chamber and a clinker cooler.
  • the purpose of the present invention is to allow the taking into account of the modifications of the essential operating parameters of the installation as soon as they appear, for the determination of the set value of the fuel flow rate.
  • the quantity of heat supplied to the precalcination chamber may be calculated from a predetermined nominal theoretical heat quantity and from correction coefficients taking into account the differences between the measured values and the nominal values of the calculation parameters.
  • the set value calculated for the flow of fuel to be supplied to the furnace can be corrected as a function of the difference between the measured value and the set value of a quantity representative of the quality of the clinker, in particular its free lime content. .
  • this correction can be made as a function of the apparent temperature of the clinker at the furnace outlet in accordance with the process which is the subject of French patent 85.03660.
  • the progressive modification of the set value of the fuel flow regulator supplied to the furnace can be carried out by sending to the regulator a signal proportional to the calculated set value and distributed to the regulator by a function which takes into account the thermal history. material in the oven, for example using a second order filter.
  • This installation comprises a cyclone exchanger 1 to 8, a precalcination chamber 10 with which is associated a cyclone 9, a rotary tubular furnace 12 and a clinker cooler 14.
  • the exchanger comprises a first line of cyclones 2, 3, 4 , 5 which are crossed by the exhaust gases from the furnace 12 and a second line of cyclones 1, 6, 7, 8 which are crossed by the exhaust gases from the chamber 10.
  • the raw raw material in the form of flour, is introduced at A and B into the upper stages of the two cyclone lines, heated by the exhaust gases from the oven and from the calcination chamber, then admitted into the latter where it is partially decarbonated.
  • the heat necessary for this reaction is supplied by the combustion of a mixture of a fuel injected into the chamber by means of a nozzle 16 and of air taken from the cooler 14 and brought to the chamber by a conduit 18.
  • the partially decarbonated material is carried out of the chamber 10 by the exhaust gases and transported in the cyclone 9 where it is separated from the gases to be introduced into the furnace 12 by means of the pipe 20.
  • the material which moves slowly, from one end to the other, in the opposite direction to the hot gases produced by a burner 22 is completely calcined and clinkerized.
  • the clinker produced is cooled in the cooler 14 by means of fresh air which is then used as combustion air in the oven and in the precalcination chamber.
  • a regulator 24 maintains the temperature of the gases downstream of the precalcination chamber equal to a set value by acting on the flow of fuel supplied to the chamber.
  • the purpose of this regulation is to obtain good stability of the rate of decarbonation of the material at the outlet of the precalcination chamber.
  • the temperature of the gases downstream of the chamber 10 is indeed a good image of the decarbonation rate.
  • the flow rate of the fuel supplying the burner 22 is regulated by a regulator 26, the set value of which is given by a computer 28.
  • This set value is calculated periodically, at very short time intervals (for example 10 seconds), by the computer 28, from the values measured or entered by the operator of a large number of parameters: clinker flow rate, characteristics of the raw and precalcined raw material, characteristics of the fuel, oxygen content of the exhaust gases, etc ...
  • K1, K2, ... Kn are parameters, such as the flow rate of raw material or of clinker, the rate of decarbonation of the material at the outlet of the precalcination chamber, the free lime content of the clinker, the fuel ash rate, the proportion of each fuel if several fuels are used, the oxygen content in the exhaust gases from the oven and the precalcination chamber, etc.
  • QTO is the total theoretical heat quantity corresponding to the nominal values imposed by the parameters K1, K2, ... Kn. It is predetermined either from tests or by means of a mathematical model and stored in a computer file.
  • f1 (K1), f2 (K2) ... fn (Kn) are corrective terms which involve the differences between the values of the parameters K1, K2, ... Kn coming from measurements carried out at each step of calculation and their values nominal.
  • the relationships f1, f2, ... fn are preset and the nominal values of the parameters K1, K2, ... Kn are stored in a computer file.
  • the amount of heat required for the oven is then calculated by making the difference between QT and QP, and the value obtained is possibly corrected according to the value of the output signal of a PID regulator incorporated in the computer and to which a signal is applied.
  • this parameter can be, in particular, the apparent temperature of the clinker at the furnace outlet measured by means of a radiation pyrometer 30 in accordance with the process which is the subject of French patent 85.03660.
  • the computer determines a setpoint value FF for the flow of fuel supplying the burner 22.
  • a signal proportional to the calculated setpoint value FF is distributed to the regulator 26 as a function of time, for example through a filter or any other time distribution means to allow the possible modification of the setpoint value of the regulator to be gradual and s spread over a period corresponding approximately to the residence time of the materials in the oven.
  • Figure 2 shows the variation of the setpoint of regulator 26. Initially this setpoint was FFO. At time t1, the calculated setpoint is FF1. From t1 the regulator setpoint will gradually increase until reaching FF1 after a period of time of the same order of magnitude as the residence time of the materials in the oven. It was assumed that the calculated setpoint remained equal to FF1 throughout the period considered. Otherwise, the curve would be modified to take into account the new calculated value.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche comprenant une chambre de précalcination où la matière première est au moins partiellement décarbonatée, un four tubulaire rotatif équipé d'un brûleur à son extrémité de sortie du clinker, un échangeur de chaleur où la matière première est préchauffée au moyen des gaz d'échappement du four rotatif et de la chambre de précalcination et un refroidisseur de clinker.
  • Ces installations sont généralement équipées de régulateurs qui règlent les débits de combustibles fournis à la chambre de précalcination et au four de façon à maintenir certains paramètres égaux à des valeurs de consigne. On a, en particulier, proposé de régler le débit de combustible fourni à la chambre de précalcination de façon à maintenir constant le taux de décarbonatation de la matière première à la sortie de la chambre, et de régler l'alimentation en combustible du brûler du four de façon à maintenir à une valeur de consigne une grandeur représentative de la qualité du clinker, qui généralement est la température dans la zone de clinkérisation du four.
  • S'il se produit dans la partie amont de l'installation une modification des conditions de marche, résultant d'une perturbation accidentelle ou d'un ordre donné par un opérateur, il faudrait, pour conserver au clinker la qualité imposée, que les conditions de marche du four, notamment la quantité de chaleur fournie, soient aussi modifiées. Or le régulateur du débit de combustible fourni au four n'a connaissance de ces modifications qu'au bout d'un délai relativement long, égal au temps mis par la matière pour aller de l'entrée du four à la zone de clinkérisation, et ne réagit qu'à ce moment-là. Mais la matière introduite dans le four pendant tout ce délai n'aura pas été soumise à des conditions de traitement normales et le clinker produit à partir de cette matière n'aura pas la qualité voulue.
  • Le but de la présente invention est de permettre la prise en compte des modifications des paramètres essentiels de marche de l'installation dès leur apparition, pour la détermination de la valeur de consigne du débit de combustible.
  • Le procédé objet de la présente invention consiste à
    • - calculer la quantité de chaleur théorique totale nécessaire pour amener la matière première à l'état de clinker, à partir d'une quantité de chaleur totale nominale, prédéterminée et correspondant à des valeurs nominales, imposées, de paramètres caractéristiques de la matière première, du combustible, du clinker et de la marche de l'installation, en appliquant à cette quantité de chaleur théorique totale nominale des coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les valeurs nominales et les valeurs mesurées desdits paramètres,
    • - calculer la quantité de chaleur théorique qui doit être fournie au four en retranchant de ladite quantité de chaleur théorique totale la quantité de chaleur fournie à la chambre de précalcination,
    • - calculer une valeur de consigne du débit de combustible fourni au four à partir de ladite quantité de chaleur théorique à fournir au four,
    • - modifier progressivement la valeur de consigne actuelle du régulateur de débit de combustible fourni au four pour l'amener à la valeur de consigne calculée, l'allure des variations imposées à la valeur de consigne dépendant des conditions du traitement thermique de la matière et de leur temps de séjour dans le four, et
    • - recommencer périodiquement ces opérations à des intervalles de temps rapprochés, par exemple de l'ordre de une minute ou moins.
  • La quantité de chaleur fournie à la chambre de précalcination pourra être calculée à partir d'une quantité de chaleur théorique nominale prédéterminée et de coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les valeurs mesurées et les valeurs nominales des paramètres de calcul.
  • La valeur de consigne calculée pour le débit de combustible à fournir au four pourra être corrigée en fonction de l'écart entre la valeur mesurée et la valeur de consigne d'une grandeur représentative de la qualité du clinker, notamment de sa teneur en chaux libre. On pourra, en particulier, effectuer cette correction en fonction de la température apparente du clinker à la jetée du four conformément au procédé objet du brevet français 85.03660.
  • La modification progressive de la valeur de consigne du régulateur de débit de combustible fourni au four pourra être réalisée en envoyant au régulateur un signal proportionnel à la valeur de consigne calculée et distribué au régulateur par une fonction qui permet de prendre en compte l'histoire thermique de la matière dans la four, par exemple au moyen d'un filtre du second ordre.
  • La description qui suit se réfère aux dessins qui l'accompagnent et sur lesquels :
    • La figure 1 est le schéma, donné à titre d'exemple, d'une installation de fabrication de clinker de ciment en voie sèche équipée d'un système de régulation permettant la mise en oeuvre de l'invention ; et
    • La figure 2 est une courbe des variations en fonction du temps de la valeur de consigne du régulateur de débit du combustible.
  • Cette installation comprend un échangeur à cyclones 1 à 8, une chambre de précalcination 10 à laquelle est associé un cyclone 9, un four tubulaire rotatif 12 et un refroidisseur à clinker 14. L'échangeur comprend une première ligne de cyclones 2, 3, 4, 5 qui sont traversés par les gaz d'échappement du four 12 et une seconde ligne de cyclones 1, 6, 7, 8 qui sont traversés par les gaz d'échappement de la chambre 10.
  • La matière première crue, sous forme de farine, est introduite en A et B dans les étages supérieurs des deux lignes de cyclones, chauffée par les gaz d'échappement du four et de la chambre de calcination, puis admises dans cette dernière où elle est partiellement décarbonatée. La chaleur nécessaire à cette réaction est fournie par la combustion d'un mélange d'un combustible injecté dans la chambre au moyen d'une tuyère 16 et d'air prélevé sur le refroidisseur 14 et amené à la chambre par un conduit 18. La matière partiellement décarbonatée est entrai- née hors de la chambre 10 par les gaz d'échappement et transportée dans le cyclone 9 où elle est séparée des gaz pour être introduite dans le four 12 au moyen du tuyau 20.
  • Dans le four, la matière qui se déplace lentement, d'une extrémité à l'autre, en sens inverse des gaz chauds produits par un brûleur 22 est complètement calcinée et clinkérisée. Le clinker produit est refroidi dans le refroidisseur 14 au moyen d'air frais qui est ensuite utilisé comme air de combustion dans le four et dans la chambre de précalcination.
  • Un régulateur 24 maintient la température des gaz en aval de la chambre de précalcination égale à une valeur de consigne par action sur le débit de combustible fourni à la chambre. Le but de cette régulation est d'obtenir une bonne stabilité du taux de décarbonatation de la matière à la sortie de la chambre de précalcination. La température des gaz en aval de la chambre 10 est en effet une bonne image du taux de décarbonatation.
  • Le débit du combustible alimentant le brûleur 22 est réglé par un régulateur 26 dont la valeur de consigne est donnée par un calculateur 28. Cette valeur de consigne est calculée périodiquement, à des intervalles de temps très rapprochés (par exemple 10 secondes), par le calculateur 28, à partir des valeurs mesurées ou entrées par l'opérateur d'un grand nombre de paramètres : débit de clinker, caractéristiques de la matière première crue et précal- cinée, caractéristiques du combustible, teneur en oxygène des gaz d'échappement, etc...
  • A chaque pas de calcul, le calculateur détermine d'abord la quantité de chaleur théorique totale qui doit être fournie à l'installation, par unité de temps, au moyen de la formule suivante :
    • QT = QTO x f1 (K1) x f2 (K2) ... fi (Ki) ... fn (Kn).
  • Dans cette formule, K1, K2,... Kn, sont des paramètres, tels que le débit de matière première ou de clinker, le taux de décarbonatation de la matière à la sortie de la chambre de précalcination, la teneur en chaux libre du clinker, le taux de cendres du combustible, la proportion de chaque combustible si on utilise plusieurs combustibles, la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement du four et de la chambre de précalcination, etc...
  • QTO est la quantité de chaleur théorique totale correspondant aux valeurs nominales imposées des paramètres K1, K2,... Kn. Elle est prédéterminée soit à partir d'essais, soit au moyen d'un modèle mathématique et stockée dans un fichier du calculateur.
  • f1 (K1), f2 (K2) ... fn (Kn) sont des termes correcteurs qui font intervenir les différences entre les valeurs des paramètres K1, K2,... Kn provenant de mesures effectuées à chaque pas de calcul et leurs valeurs nominales. Les relations f1, f2, ... fn sont préétablies et les valeurs nominales des paramètres K1, K2, ... Kn sont stockées dans un fichier du calculateur.
  • Le calculateur détermine ensuite la consommation calorifique de la chambre de précalcination QP. Cette consommation peut être calculée à partir de la mesure du débit de combustible fourni à la chambre de précalcination. Elle peut aussi être calculée au moyen d'une formule analogue à celle servant à calculer QT :
    • QP = OPO x g1 (K1) x g2 (K2) ... gi (Ki) ... gn (Kn).
  • La quantité de chaleur nécessaire au four est alors calculée en faisant la différence de QT et de QP, et la valeur obtenue est éventuellement corrigée en fonction de la valeur du signal de sortie d'un régulateur PID incorporé au calculateur et auquel est appliqué un signal provenant de la mesure d'un paramètre représentatif de la qualité du clinker ; ce paramètre peut être, en particulier, la température apparente du clinker à la jetée du four mesurée au moyen d'un pyromètre à rayonnement 30 conformément au procédé faisant l'objet du brevet français 85.03660. A partir de la quantité de chaleur QF ainsi obtenue le calculateur détermine une valeur de consigne FF pour le débit de combustible alimentant le brûleur 22.
  • Un signal proportionnel à la valeur de consigne calculée FF est distribué au régulateur 26 en fonction du temps, par exemple à travers un filtre ou tout autre moyen de distribution temporelle pour permettre que la modification éventuelle de la valeur de consigne du régulateur soit progressive et s'étale sur une période correspondant approximativement au temps de séjour des matières dans le four.
  • La figure 2 montre la variation de la valeur de consigne du régulateur 26. Initialement cette valeur de consigne était FFO. A l'instant t1, la consigne calculée est FF1. A partir de t1 la valeur de consigne du régulateur va croitre progressivement jusqu'à atteindre FF1 au bout d'une période de temps du même ordre de grandeur que le temps de séjour des matières dans le four. On a supposé que la valeur de consigne calculée restait égale à FF1 pendant toute la période considérée. Dans le cas contraire, la courbe serait modifiée pour tenir compte de la nouvelle valeur calculée.

Claims (3)

1. Procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche comprenant une chambre de précalcination où la matière première est au moins partiellement décarbonatée et un four tubulaire rotatif équipé d'un brûleur à son extrémité de sortie du clinker, et d'un régulateur du débit de combustibles alimentant le brûleur, consistant à :
- calculer la quantité de chaleur théorique totale (QT) nécessaire pour amener la matière première à l'état de clinker à partir d'une quantité de chaleur totale nominale (OTO), prédéterminée et correspondant à des valeurs nominales, imposées, de paramètres (K1, K2, ... Kn) caractéristiques de la matière première, du combustible, du clinker et de la marche de l'installation, en appliquant à cette quantité de chaleur théorique totale nominale (QTO) des coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les valeurs nominales et les valeurs mesurées desdits paramètres,
- calculer la quantité de chaleur théoriques (QF) qui doit être fournie au four en retranchant de ladite quantité de chaleur théorique totale (QT) la quantité de chaleur (QP) fournie à la chambre de précalcination,
- calculer une valeur de consigne (FF1) du débit de combustible fourni au four à partir de ladite quantité de chaleur théorique (QF) à fournir au four,
- modifier progressivement la valeur de consigne actuelle (FFO) dudit régulateur pour l'amener à la valeur de consigne calculée (FF1), l'allure des variations imposées à la valeur de consigne dépendant des conditions du traitement thermique de la matière et de son temps de séjour dans le four, et
- recommencer périodiquement ces opérations à des intervalles de temps rapprochés.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de chaleur (QP) fournie à la chambre de précalcination est calculée à partir d'une quantité de chaleur théorique nominale (OPO) prédéterminée et de coefficients correcteurs prenant en compte les différences entre les valeurs mesurées et les valeurs nominales des paramètres de calcul (K1, K2, ... Kn).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de consigne du débit de combustible fourni au four est corrigée en fonction de l'écart entre la valeur mesurée et la valeur de consigne d'une grandeur représentative de la qualité du clinker.
EP87401168A 1986-06-04 1987-05-25 Procédé de régulation d'une installation de fabrication du ciment en voie sèche avec précalcination Expired - Lifetime EP0248708B1 (fr)

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FR8608032A FR2599826B1 (fr) 1986-06-04 1986-06-04 Procede de regulation d'une installation de fabrication du ciment en voie seche avec precalcination

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EP0248708A1 EP0248708A1 (fr) 1987-12-09
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EP (1) EP0248708B1 (fr)
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DE (1) DE3761462D1 (fr)
DK (1) DK165651C (fr)
ES (1) ES2012400B3 (fr)
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