EP1065460A1 - Calcination process of ore compositions - Google Patents

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Publication number
EP1065460A1
EP1065460A1 EP00401749A EP00401749A EP1065460A1 EP 1065460 A1 EP1065460 A1 EP 1065460A1 EP 00401749 A EP00401749 A EP 00401749A EP 00401749 A EP00401749 A EP 00401749A EP 1065460 A1 EP1065460 A1 EP 1065460A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxygen
fuel
injector
fluid
process according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00401749A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jacques c/o L'air Liquide Dugue
Thierry c/o L'air Liquide Borissoff
Ovidiu c/o L'air Liquide Marin
Ivan c/o L'air Liquide Milosavljevic
Dora Sophia c/o L'air Liquide Alves
Michel c/o L'air Liquide Viardot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1065460A1 publication Critical patent/EP1065460A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F27B7/2016—Arrangements of preheating devices for the charge
    • F27B7/2025—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones
    • F27B7/2033—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones with means for precalcining the raw material

Definitions

  • Clinker is a product which is obtained by firing of a material based on ores and in particular clay and limestone.
  • the powdered material can be supplied to a rotary kiln, either in dry form (dry process) or in the form of a slurry water base (wet process).
  • the composition of the clinker is generally carefully controlled in order to obtain the desired proportions of different mineral materials and in particular calcium carbonate, silica, alumina, iron oxide and magnesium carbonate.
  • the precursor material for the manufacture of clinker first undergoes drying and heating. Then this material undergoes calcination in which the carbonates of the different minerals are converted to the oxide of these minerals by elimination of carbon.
  • the clinker manufacturing process has been implemented in the past in rotary ovens with typically diameters of 3 to 5 m, and lengths from 60 to 200 m.
  • Process improvements have been made by decarbonating or calcining a variable fraction of the flour raw in a process step preceding the rotary kiln, which allows the use of shorter and more efficient rotary ovens.
  • a such process step can take place in preheating towers ("suspension preheaters" in English), in "LEPOL” grids, or in flash calciners.
  • the degree of decarbonation of raw flour reached before to enter the rotary kiln is typically 10 to 45% for rounds of preheating and "LEPOL" grids, and 90 to 95% for calciners flash.
  • the energy required for decarbonation strongly endothermic is provided by introducing a fraction of fuel into the calcination zone.
  • precalcination devices can be the calcination chambers, or the devices called in English "riser duct".
  • One or more burners are arranged at the downstream end of the rotary oven to bring the heat energy necessary for operation of this oven.
  • the fumes produced by the downstream burners of the rotary kiln flow against the flow of the material in the installation and provide part of the heat energy necessary for the operation of the precalcination. An energy backup is ensured in this precalcination via one or more burners.
  • documents US-5,572,938 and US-5,580,237 concern the downstream burners of rotary kilns and propose to modify the injectors of these burners to introduce injection lances oxygen.
  • the solutions described in these documents allow, with good quality fuels, improve production yields and / or reduce the production of polluting substances.
  • Industrial waste such as waste water or solid waste, e.g. plastic or cardboard are poor quality fuels that can be used in the manufacture of clinker.
  • Clinker manufacturers are looking to increase their consumption of poor quality fuels given their very low costs, these manufacturers sometimes even being paid to incinerate industrial waste such as sewage.
  • the object of the invention is to solve these various problems by providing a method of calcining an ore-based material which allows, in particular, to manufacture clinker at reduced costs, in particular by using poor quality fuels, and limiting emissions polluting.
  • the invention relates to a method of calcining a mineral-based material through which the material is passed through a precalcination device provided with at least one fuel injector supplied with at least one fuel to form at the outlet of the injector of fuel a fuel injection area and supplied with oxidizer by combustion products from a rotary kiln located in downstream of the precalcination device in relation to the direction of flow of the material, then passing the at least partially calcined material in the rotary kiln fitted at its downstream end with a combustion assembly primary, characterized in that at least one fluid rich in oxygen near the fuel injection area, the fluid rich in oxygen having a higher oxygen volume concentration than that combustion products from the rotary kiln which pass through the device precalcination, so as to provide with the aid of the oxygen-rich fluid from 1% to 40%, preferably from 1% to 10%, of stoichiometric oxygen necessary for the combustion of the fuel injected by the injector combustible.
  • FIG. 1 illustrates an installation 1 for producing clinker at from a material 2 based in particular on limestone and clay.
  • the precalcination device 3 can be, for example, a "LEPOL" grid and includes an upstream end 6 for introducing the material 2, heating means 7 or combustion assembly, and a downstream end 8 for discharging the precalcined material.
  • the rotary kiln 4 is inclined, with respect to the horizontal, towards the downstream from upstream to downstream. Its upstream end 10, which communicates with the downstream end 8 of the precalcination device 3, is therefore located at a level higher than that of its downstream end 11.
  • the installation 1 also comprises means 12 for rotating the rotary kiln 4 about its longitudinal axis.
  • the outlet chute 5 has an upstream end 13 which communicates with the downstream end 11 of the rotary kiln 4, and a downstream end 14 connected to devices not shown for further processing of the clinker product, including in particular a cooling device.
  • the outlet chute 5 is also provided with means 15 for heating or primary combustion assembly.
  • these heating means 15 include burners 16 of which only one is shown and will be described.
  • the burner 16 comprises an injector or nozzle 17 carried by a vertical wall 18 of the outlet chute 5, the vertical wall 18 being disposed opposite the downstream end 11 of the rotary kiln 4 as seen in figure 1.
  • the injector 17 extends parallel to the axis of the rotary kiln 4, from the wall 18 by entering the downstream end 11 of the rotary kiln 4.
  • the injector 17 has an interior passage 20 of section circular surrounded externally by an external passage 21 of section annular.
  • the injector 17 has an inlet 22 and an outlet 23.
  • Passage 20 is connected together, at the inlet 22 of the injector 17, to a source 24 of fuel and to a source 25 of transport fluid for this fuel.
  • the fuel is for example plastic shredded in particles whose dimensions can be greater than 5 or 10 mm, that is to say a fuel of poor quality.
  • the transport fluid is for example pressurized air.
  • the external passage 21 is connected, at the level of the entry 22 of the injector 17, by a pipe common to a source 26 of oxidizer, for example air, and to a source 27 of oxygen.
  • the oxygen purity of the source 27 is for example greater than 90%.
  • the means 7 for heating the precalcination device 3 include burners, two of which are represented and bear the references 28 and 29. Only these burners 28 and 29 and their environment will be described in the following.
  • the burners 28 and 29 each include an injector, 30 and 31 respectively.
  • the injectors 30 and 31 are carried by a wall vertical 32 of the precalcination device 3. This vertical wall 32 is disposed above the upstream end 10 of the rotary kiln 4 as shown see in Figure 1.
  • the injector 30 is arranged with its axis substantially horizontal and includes an inner passage 34 of circular section surrounded externally by an outer passage 35 of annular section.
  • the interior passage 34 is connected, at the entrance 36 of the injector 30, to a source 37 of fuel, for example natural gas which is a good quality fuel.
  • a source 37 of fuel for example natural gas which is a good quality fuel.
  • the external passage 35 is connected, at the level of the entry 36 of the injector 30, to a source 38 of oxidizer, for example air.
  • the injector 31 is disposed under the injector 30 and it is inclined in a vertical plane from bottom to top from its entry 41 towards its outlet 42, with an angle preferably less than 25 °.
  • This injector 31 comprises an interior passage 43 of circular section connected jointly, at the inlet 41 of the injector 31, to a source 44 of fuel and to a source 45 of transport fluid for this fuel.
  • the fuel from source 44 consists for example of waste water, and the transport fluid is for example air under pressure.
  • the heating means 7 also comprise a lance 47 for injecting oxygen which is also carried by the wall 32.
  • the lance 47 is located between the injectors 30 and 31 and its axis is horizontal. This lance 47 is placed near a part of the injector 30, and on the other hand the injector 31, so that the distance separating outlet 48 from lance 47 and outlet 42 from injector 31 is less than 50 times the diameter of the interior passage 49 of the lance 47.
  • passage 49 of the lance 47 is connected to the level from the inlet 50 of the lance 47 to a source 51 of oxygen.
  • the purity of the oxygen from the source 51 is for example greater than 90%.
  • the material 2 is introduced through the upstream end 6 of the device 3 of precalcination. Inside this device, the material 2, transported by a conveyor, is dried, heated and decarbonated thanks in particular to heating means 7 which partly bring in the heat energy necessary.
  • the material 2 flows through the downstream end 8 the precalcination device 3 and the upstream end 10 of the rotary kiln 4, then in the rotary kiln 4 in the form of a bed 54.
  • the heating means 15 the decarbonation or calcination of material 2 continues in the rotary kiln 4, then the material 2 calcined undergoes the clinkering reaction.
  • the material 2 transformed into a hot clinker is then discharged via the downstream end 14 of the chute 5 towards the other installation 1 including the cooling device.
  • the fuel from source 24 is jointly introduced into the passage interior 20 with pressurized air from the source 25.
  • a flow solid particles of plastic material is produced in the passage interior 20.
  • the fuel from source 24 is then sprayed under form of solid particles at the outlet 23 of the injector 17.
  • the air from source 26 is enriched with oxygen by source 27 then circulates in passage 21.
  • This oxygen-enriched air is ejected from the outlet 23 of injector 17 in the form of a vein surrounding externally the fuel from source 24 sprayed.
  • a flame 57 is then produced at the outlet of the burner 16.
  • the air from the source 26 enriched with oxygen supplies most of the oxidant necessary for the corresponding combustion.
  • This flame 57 is located above the bed 54 of the material 2, at the level of the downstream end 11 of the rotary kiln 4, as seen in FIG. 1.
  • the fumes produced by flame 57 circulate in the oven rotary 4 and in the precalcination device 3 against the current of the material 2, as shown diagrammatically by the arrow 58 in FIG. 1.
  • natural gas is ejected from the injector 30 into an injection zone 61 in the form of a jet of fuel surrounded by a stream of air from the source 38.
  • Wastewater from source 44 is introduced jointly with pressurized air from the source 45 in the passage 44 of the burner 29 to form a jet of sprayed wastewater in the form of fine droplets in an injection area 62.
  • the oxygen from the source 51 is introduced into the passage 49 and ejected from the injector 47 as a jet in an injection area 63 partially covering the injection zones 61 and 62.
  • Source 44 wastewater combustion efficiency is satisfactory due to the close injection of this wastewater and source oxygen 51.
  • this oxygen injection creates a hot spot at proximity to the wastewater injection area 62, which allows, by bringing wastewater quickly at its ignition temperature, stabilize combustion and therefore more easily manage the supply of heat energy in the precalcination device 3.
  • the lance 47 To promote more particularly the incineration of water worn, the lance 47 must be placed near the injector 31 in which wastewater is introduced, while to promote the reduction of quantity of unburnt, the oxygen injection lance 47 must be brought closer to the injector 30 into which the good quality fuel is introduced.
  • the dimensions can be reduced by 5 ⁇ m for the alite crystals and by 2 ⁇ m for the belite crystals by introducing approximately 7.6 Nm 3 of oxygen per tonne of clinker produced. It can also be seen that the free lime levels present in the clinker produced are reduced, by 1.7% on average with overoxygenation according to the process described against 2.9% without overoxygenation.
  • the cement produced from such a clinker exhibits higher short and medium term resistances.
  • the burner 16 is a conventional burner which it has it was not necessary to modify to superoxygenate the flame 57 which it produces.
  • the method described makes it possible to reduce the costs of manufacture of clinker, in particular by the use in relatively large quantities significant amounts of poor quality fuels, while respecting the heat exchange constraints in installation 1 and limiting the polluting emissions.
  • the inner passage 20 of the injector 17 is connected together with source 24 and a common outlet for 25 sources of transport air and 27 of oxygen.
  • the oxygen-enriched fluid and in particular the fuel transport fluid, can be enriched up to have a volume oxygen concentration of 30% or even 35%.
  • the injector 17 includes an oxygen injection lance 65 disposed inside the passage 20 which is now of annular section.
  • the lance 65 has an interior passage 66 of section circular which is connected, at the level of the inlet 22 of the injector 17, to the source of oxygen 27.
  • the passages 20 and 21 are respectively connected to the sources 24, 25 and 26.
  • This embodiment allows to create within the flame 57 a stable pilot flame which heats the fuel in the source 24 up to its ignition temperature.
  • FIG. 6 differs from that of Figure 5 by the fact that a tube 67 is arranged around the lance 65 for create a new passage 68 between passage 66 of the injection lance 65 oxygen and passage 20.
  • the passage 68, of annular section, is connected, at the level of inlet 22 of injector 17, to a source 70 of natural gas, which is a good quality fuel.
  • the passages 66 and 68 thus form an auxiliary burner 71 natural gas / oxygen within the burner 16.
  • the auxiliary burner 71 located radially inside the burner 16, produces a pilot flame with better characteristics than that of the embodiment of FIG. 5.
  • Figure 7 differs from that of Figure 6 by the fact that the auxiliary burner 71 is arranged radially outside the burner 16. Indeed, the passage 66, now of section annular, externally surrounds passage 21, while passage 68 externally surrounds passage 66.
  • the pilot flame produced by the burner 71 is then located radially outside the flame 57.
  • FIGS. 2 to 7 can be combined at the level of the heating means 15.
  • the oxygen flow rate must be between 2 and 20 Nm 3 / h per MW (megawatt) of theoretical power supplied by complete combustion of the fuel (s) injected by the heating means. .
  • This oxygen must be supplied by an oxygen-rich fluid, having an oxygen content higher than that of air, and injected into the fuel injection zone of the heating means 15.
  • This injection of oxygen-rich fluid can be done by through a fuel transport fluid injected by the heating means 15.
  • This fuel can be of good or poor quality and in fluid form, i.e. liquid and / or gaseous, or in solid form.
  • FIG. 8 illustrates a second embodiment of the heating means 7, in which the lance 47 is arranged inside the injector 31, coaxial therewith, and is part of this injector 31 and therefore of the burner 29.
  • the passage 43 is then of annular section and the zone 62 oxygen injection system is located in the heart of the water injection zone 63 worn out.
  • the oxygen from the source 51 is then injected towards the zone 61 fuel injection with a convergence angle corresponding to the inclination relative to the horizontal of the lance 47, that is to say an angle less than 25 °.
  • This second embodiment makes it possible to limit the quantities of oxygen injected by the lance 47 due to the injection of this oxygen at the heart of wastewater.
  • This second embodiment is particularly intended for increasing the quantities of wastewater cremated.
  • an oxygen injection zone 63 surrounds the zone 61 fuel injection outlet of the injector 30, while an area 63 of oxygen injection is confused with a zone 62 of injection of fuel at the outlet of the injector 31.
  • the oxygen purity from sources 75 and 76 is, for example, greater than 90%.
  • the air source 38 has been replaced by a pipe 77 for withdrawing smoke or combustion products from from the rotary kiln 4.
  • This pipe 77 draws off this smoke from a region downstream of the precalcination device 3 to form, with the oxygen of the source 76, the fuel oxidizer from source 38.
  • the burner supplies 29 have not been shown on this figure 10.
  • FIG. 11 illustrates a fourth embodiment of the heating means 7 in which the burners 28, 29 and the lance 47 of the Figure 3 are replaced by a single burner 78 whose injector 79 is arranged with its horizontal axis.
  • the injector 79 carried by the wall 32, includes an inner passage 80 of circular section, surrounded externally by an intermediate passage 81 of annular section, itself externally surrounded by an external passage 82 of section annular.
  • the internal passage 80 is connected, at the entry 83 from the injector 79, to the source 37 of natural gas.
  • Passage 81 is connected, at entrance 83 of the injector 79 at the source 51 of oxygen and the passage 82 is connected to the entrance level 83, together with the source 44 of wastewater and the source 45 of spray air.
  • This fourth embodiment ensures good mixture of all fuels and oxidizers introduced into the injector 79 and limit the size of the heating means 7.
  • passages 80 and 81 form an auxiliary burner 84 natural gas / oxygen within the burner 78 to produce a pilot flame at the outlet of the injector 79.
  • Combustion products from the rotary kiln can supply 60 to 99% of the stoichiometric oxygen necessary for this combustion.
  • the oxygen-rich fluid can be obtained by mixing a part of the combustion products, whose volume concentration in oxygen is between 1 and 4%, with a fluid richer in oxygen, for example air, oxygen-enriched air and / or oxygen from purity greater than 88%.
  • the amount of oxygen-rich fluid introduced will be such that the adiabatic temperature of the flame 64 produced by the heating means 7 is greater than 1000 ° C. and preferably at 1250 ° C.
  • the burner 16 of the heating means 15 can only be supplied with fuel and non-oxygenated air or with a other oxidizer.
  • an over-oxygenation is ensured at the level of heating means 7 by injection of an oxygen-rich fluid at proximity to the fuel injection zones of the heating means 7.
  • This over-oxygenation can allow the limitation of unburned, including those from the heating means 15.
  • the method according to the invention can apply to materials treatment processes in which decarbonate an ore-based material.
  • the method according to the invention can be applied to the manufacture of lime or dolomite.

Abstract

Oxygen-rich gas is injected closed to the fuel feed point. Volumetric oxygen concentration in the gas exceeds that in gases leaving the rotary kiln (4), which also pass through the pre-heater (3). The injected gas oxygen content is preferably 1%-40%, preferably 1%-10% that required for stoichiometric combustion of the fuel gases injected.

Description

L'invention concerne un procédé de calcination d'un matériau à base de minerai, dans lequel :

  • on fait passer le matériau dans un dispositif de précalcination muni d'au moins un injecteur de combustible alimenté avec au moins un combustible pour former en sortie de l'injecteur de combustible une zone d'injection de combustible, et alimenté en comburant par les produits de combustion issus d'un four rotatif situé en aval du dispositif de précalcination par rapport au sens d'écoulement du matériau, puis
  • on fait passer le matériau au moins partiellement calciné dans le four rotatif muni à son extrémité aval d'un ensemble de combustion primaire.
The invention relates to a method of calcining an ore-based material, in which:
  • the material is passed through a precalcination device provided with at least one fuel injector supplied with at least one fuel to form a fuel injection zone at the outlet of the fuel injector, and supplied with oxidants by the products combustion from a rotary kiln located downstream of the precalcination device with respect to the direction of flow of the material, then
  • the at least partially calcined material is passed through the rotary kiln provided at its downstream end with a primary combustion assembly.

La fabrication de ciment passe par la fabrication d'un produit intermédiaire appelé " clinker ". Le clinker est un produit qui est obtenu par cuisson d'un matériau à base de minerais et notamment l'argile et le calcaire. Le matériau sous forme de poudre peut être fourni à un four rotatif, soit sous forme sèche (procédé sec) soit sous forme d'une pâte (slurry) à base d'eau (procédé humide). La composition du clinker est en général soigneusement contrôlée afin d'obtenir les proportions désirées des différentes matériaux minéraux et notamment le carbonate de calcium, la silice, l'alumine, l'oxyde de fer et le carbonate de magnésium. Après enfournement dans un four, le matériau précurseur de la fabrication de clinker subit tout d'abord un séchage et un chauffage. Ensuite, ce matériau subit une calcination dans laquelle les carbonates des différents minéraux sont convertis en oxyde de ces minéraux par élimination de dioxyde de carbone. Les températures encore élevées, les minéraux ainsi obtenus réagissent chimiquement entre eux pour produire essentiellement des silicates de calcium et des aluminates de calcium. Ce dernier procédé est appelé " procédé de clinkerisation " (clinkering en anglais) et il est réalisé dans la zone chaude d'un four rotatif. Le clinker qui en résulte est alors refroidi et pulvérisé puis mélangé avec des ingrédients additionnels pour former un ciment tel que le ciment de type portland. The manufacture of cement involves the manufacture of a product intermediary called "clinker". Clinker is a product which is obtained by firing of a material based on ores and in particular clay and limestone. The powdered material can be supplied to a rotary kiln, either in dry form (dry process) or in the form of a slurry water base (wet process). The composition of the clinker is generally carefully controlled in order to obtain the desired proportions of different mineral materials and in particular calcium carbonate, silica, alumina, iron oxide and magnesium carbonate. After charging in an oven, the precursor material for the manufacture of clinker first undergoes drying and heating. Then this material undergoes calcination in which the carbonates of the different minerals are converted to the oxide of these minerals by elimination of carbon. The still high temperatures, the minerals thus obtained chemically react to each other to essentially produce calcium silicates and calcium aluminates. This latter process is called "clinkerization process" and it is carried out in the hot zone of a rotary oven. The resulting clinker is then cooled and sprayed then mixed with additional ingredients to form a cement such as Portland type cement.

Le procédé de fabrication de clinker a été mis en oeuvre dans le passé dans des fours rotatifs avec typiquement des diamètres de 3 à 5 m, et des longueurs de 60 à 200 m. Des améliorations au procédé ont été apportées en décarbonatant ou calcinant une fraction variable de la farine crue dans une étape de procédé précédant le four rotatif, qui permet l'utilisation de fours rotatifs plus courts et thermiquement plus efficaces. Une telle étape de procédé peut avoir lieu dans des tours de préchauffage (" suspension preheaters " en anglais), dans des grilles " LEPOL ", ou dans des calcinateurs flash.The clinker manufacturing process has been implemented in the past in rotary ovens with typically diameters of 3 to 5 m, and lengths from 60 to 200 m. Process improvements have been made by decarbonating or calcining a variable fraction of the flour raw in a process step preceding the rotary kiln, which allows the use of shorter and more efficient rotary ovens. A such process step can take place in preheating towers ("suspension preheaters" in English), in "LEPOL" grids, or in flash calciners.

Le degré de décarbonatation de la farine crue atteint avant d'entrer dans le four rotatif est typiquement de 10 à 45% pour les tours de préchauffage et les grilles " LEPOL ", et de 90 à 95% pour les calcinateurs flash. L'énergie nécessaire pour la décarbonatation fortement endothermique est fournie en introduisant une fraction de combustible dans la zone de calcination.The degree of decarbonation of raw flour reached before to enter the rotary kiln is typically 10 to 45% for rounds of preheating and "LEPOL" grids, and 90 to 95% for calciners flash. The energy required for decarbonation strongly endothermic is provided by introducing a fraction of fuel into the calcination zone.

Ainsi, les procédés de fabrication de clinker sont généralement mis en oeuvre dans des installations qui comprennent successivement :

  • un dispositif de précalcination dans lequel le matériau est introduit et où se produisent le séchage, si nécessaire, puis le chauffage, et une partie de la calcination du matériau, et
  • un four rotatif incliné, dans lequel le matériau en partie calciné est introduit, et où la calcination est achevée et suivie de la réaction de clinkérisation.
Thus, the clinker manufacturing processes are generally implemented in installations which successively include:
  • a precalcination device into which the material is introduced and where drying takes place, if necessary, then heating, and part of the calcination of the material, and
  • an inclined rotary kiln, into which the partly calcined material is introduced, and in which the calcination is completed and followed by the clinkering reaction.

D'autres types de dispositifs de précalcination que ceux mentionnés précédemment peuvent être les chambres de calcination, ou les dispositifs appelés en anglais " riser duct ".Other types of precalcination devices than those previously mentioned can be the calcination chambers, or the devices called in English "riser duct".

Dans tout ce qui suit, les termes " amont" et " aval " s'entendent par rapport au sens d'écoulement du matériau dans une telle installation.In all that follows, the terms "upstream" and "downstream" get along with the direction of flow of the material in such a installation.

Un ou plusieurs brûleurs sont disposés à l'extrémité aval du four rotatif pour amener l'énergie calorifique nécessaire au fonctionnement de ce four. Les fumées produites par les brûleurs aval du four rotatif circulent à contre-courant du matériau dans l'installation et apportent une partie de l'énergie calorifique nécessaire au fonctionnement du dispositif de précalcination. Un appoint d'énergie est assuré dans ce dispositif de précalcination par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs brûleurs.One or more burners are arranged at the downstream end of the rotary oven to bring the heat energy necessary for operation of this oven. The fumes produced by the downstream burners of the rotary kiln flow against the flow of the material in the installation and provide part of the heat energy necessary for the operation of the precalcination. An energy backup is ensured in this precalcination via one or more burners.

De manière générale, on cherche à limiter les coûts de fabrication du clinker et à améliorer les procédés de fabrication de clinker.In general, we seek to limit the costs of manufacturing clinker and improving the clinker manufacturing processes.

Ainsi, les documents US-5 572 938 et US-5 580 237 concernent les brûleurs aval des fours rotatifs et proposent de modifier les injecteurs de ces brûleurs pour y introduire des lances d'injection d'oxygène. Les solutions décrites dans ces documents permettent, avec des combustibles de bonne qualité, d'améliorer les rendements de production et/ou de réduire la production de substances polluantes.Thus, documents US-5,572,938 and US-5,580,237 concern the downstream burners of rotary kilns and propose to modify the injectors of these burners to introduce injection lances oxygen. The solutions described in these documents allow, with good quality fuels, improve production yields and / or reduce the production of polluting substances.

Toutefois, ces solutions conduisent toujours à l'émission de substances polluantes relativement importantes.However, these solutions always lead to the emission of relatively important pollutants.

On cherche par ailleurs à utiliser des combustibles de mauvaise qualité pour apporter l'énergie calorifique nécessaire au fonctionnement des installations de fabrication de clinker.We are also trying to use fuels from poor quality to provide the heat energy necessary for operation of clinker manufacturing facilities.

On entend par combustibles de mauvaise qualité, des combustibles qui ont des pouvoirs calorifiques inférieurs (PCI) inférieurs à 15 MJ/kg, ou des teneurs massiques en eau supérieures à 20%. Cette catégorie concerne aussi des combustibles qui contiennent moins de 20 % en masse de matières volatilisables ou qui ne peuvent être réduits en particules ou gouttelettes de petites dimensions. Pour ce dernier critère, on considère qu'un combustible ainsi réduit, et dont la proportion massique de particules ou gouttelettes de dimensions supérieures à 200 µm est supérieure à 75%, est un combustible de mauvaise qualité.By poor quality fuels, fuels that have lower calorific values (PCI) less than 15 MJ / kg, or mass contents of water higher than 20%. This category also relates to fuels which contain less than 20% by mass of volatilizable materials or which cannot be reduced in small particles or droplets. For this last criterion, we considers that a fuel thus reduced, and whose mass proportion of particles or droplets larger than 200 µm is greater than 75%, is a poor quality fuel.

Des déchets industriels, tels que des eaux usées ou des déchets solides par exemple de matières plastiques ou de carton constituent des combustibles de mauvaise qualité qui peuvent être utilisés dans la fabrication de clinker.Industrial waste, such as waste water or solid waste, e.g. plastic or cardboard are poor quality fuels that can be used in the manufacture of clinker.

Les fabricants de clinker cherchent à augmenter leur consommation de combustibles de mauvaise qualité étant donné leurs très faibles coûts, ces fabricants étant parfois même payés pour incinérer les déchets industriels tels que les eaux usées.Clinker manufacturers are looking to increase their consumption of poor quality fuels given their very low costs, these manufacturers sometimes even being paid to incinerate industrial waste such as sewage.

Toutefois, l'utilisation de tels combustibles en grande quantité pose des problèmes car les flammes produites avec ces combustibles ne permettent pas de satisfaire aux contraintes thermiques nécessaires à une bonne mise en oeuvre des procédés de fabrication du clinker.However, the use of such fuels in large quantities poses problems because the flames produced with these fuels do not not meet the thermal constraints necessary for a good implementation of clinker manufacturing processes.

L'invention a pour but de résoudre ces différents problèmes en fournissant un procédé de calcination d'un matériau à base de minerai qui permet, notamment, de fabriquer du clinker à coûts réduits, en particulier en utilisant des combustibles de mauvaise qualité, et en limitant les émissions polluantes.The object of the invention is to solve these various problems by providing a method of calcining an ore-based material which allows, in particular, to manufacture clinker at reduced costs, in particular by using poor quality fuels, and limiting emissions polluting.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de calcination d'un matériau à base de minerai dans lequel on fait passer le matériau dans un dispositif de précalcination muni d'au moins un injecteur de combustible alimenté avec au moins un combustible pour former en sortie de l'injecteur de combustible une zone d'injection de combustible et alimenté en comburant par les produits de combustion issus d'un four rotatif situé en aval du dispositif de précalcination par rapport au sens d'écoulement du matériau, puis on fait passer le matériau au moins partiellement calciné dans le four rotatif muni à son extrémité aval d'un ensemble de combustion primaire, caractérisé en ce que l'on injecte au moins un fluide riche en oxygène à proximité de la zone d'injection de combustible, le fluide riche en oxygène ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des produits de combustion issus du four rotatif et qui traversent le dispositif de précalcination, de manière à apporter à l'aide du fluide riche en oxygène de 1% à 40%, de préférence de 1% à 10%, de l'oxygène stoechiométrique nécessaire à la combustion du combustible injecté par l'injecteur de combustible.To this end, the invention relates to a method of calcining a mineral-based material through which the material is passed through a precalcination device provided with at least one fuel injector supplied with at least one fuel to form at the outlet of the injector of fuel a fuel injection area and supplied with oxidizer by combustion products from a rotary kiln located in downstream of the precalcination device in relation to the direction of flow of the material, then passing the at least partially calcined material in the rotary kiln fitted at its downstream end with a combustion assembly primary, characterized in that at least one fluid rich in oxygen near the fuel injection area, the fluid rich in oxygen having a higher oxygen volume concentration than that combustion products from the rotary kiln which pass through the device precalcination, so as to provide with the aid of the oxygen-rich fluid from 1% to 40%, preferably from 1% to 10%, of stoichiometric oxygen necessary for the combustion of the fuel injected by the injector combustible.

Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

  • 60% à 99% de l'oxygène stoechiométrique nécessaire à la combustion du combustible sont apportés par les produits de combustion issus du four rotatif .
  • la concentration volumique en oxygène des produits de combustion issus du four rotatif est supérieure ou égale à 1%,
  • le fluide riche en oxygène est un mélange d'une partie des produits de combustion et d'un gaz contenant au moins environ 20% en oxygène,
  • on prélève une partie des produits de combustion auquel on mélange de l'air ou de l'air enrichi en oxygène et/ou de l'oxygène industriellement pur de concentration supérieure à environ 88%,
  • la température adiabatique de la flamme produite en sortie de l'injecteur de combustible est supérieure à 1000°C,
  • la température adiabatique de la flamme produite en sortie de l'injecteur de combustible est supérieure à 1250°C,
  • le combustible avec lequel on alimente l'injecteur de combustible est un combustible de mauvaise qualité,
  • on injecte ledit fluide riche en oxygène par un injecteur de fluide riche en oxygène distinct de l'injecteur de combustible,
  • la distance séparant la sortie dudit injecteur de fluide riche en oxygène et la sortie de l'injecteur de combustible est inférieure à environ 50 fois la largeur intérieure de l'injecteur de fluide riche en oxygène,
  • on injecte un fluide riche en oxygène vers la zone d'injection de combustible de l'injecteur de combustible,
  • on injecte le combustible, par l'intermédiaire de l'injecteur de combustible, et le fluide riche en oxygène avec un angle de convergence inférieur à 25°,
  • le dispositif de précalcination comprend au moins deux injecteurs de combustible qu'on alimente respectivement avec au moins un combustible pour former en sortie une zone d'injection de combustible, et on injecte au moins un fluide riche en oxygène, ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des produits de combustion issus du four rotatif, à proximité des zones d'injection de combustible desdits au moins deux injecteurs de combustible,
  • on injecte au moins un fluide riche en oxygène, ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des produits de combustion issus du four rotatif, par l'intermédiaire d'un injecteur de combustible du dispositif de précalcination,
  • on utilise ledit fluide riche en oxygène comme fluide de transport d'un combustible à l'intérieur dudit injecteur de combustible,
  • un fluide riche en oxygène est de l'oxygène de pureté supérieure à 90% que l'on fait circuler dans ledit injecteur de combustible par un passage propre d'oxygène,
  • on introduit par un passage dudit injecteur de combustible voisin d'un passage propre d'oxygène un combustible de bonne qualité pour former une flamme pilote en sortie dudit injecteur de combustible,
  • au moins un ou chaque fluide riche en oxygène est de l'air enrichi en oxygène,
  • au moins un fluide riche en oxygène a une concentration en oxygène supérieure à 90%,
  • on injecte un fluide riche en oxygène, ayant une concentration en oxygène supérieure à celle de l'air, dans une zone d'injection de combustible de l'ensemble de combustion primaire du four rotatif,
  • on introduit le fluide riche en oxygène au sein d'un injecteur de combustible de l'ensemble de combustion primaire du four rotatif,
  • le fluide riche en oxygène est de l'oxygène de pureté supérieure à 90% que l'on fait circuler dans ledit injecteur de combustible par un passage propre d'oxygène,
  • un passage propre d'oxygène est situé radialement à l'intérieur dudit injecteur de combustible,
  • un passage propre d'oxygène est situé radialement à l'extérieur dudit injecteur de combustible,
  • on introduit, par un passage dudit injecteur de combustible voisin d'un passage propre d'oxygène, au moins un combustible de bonne qualité pour former une flamme pilote en sortie dudit injecteur de combustible,
  • on produit dans ledit injecteur de combustible au moins un écoulement de combustible et au moins un écoulement d'air, et on enrichit en oxygène au moins un écoulement d'air et/ou de combustible produit dans ledit injecteur de combustible,
  • on produit un écoulement de combustible dans ledit injecteur de combustible en introduisant un combustible et un fluide de transport de ce combustible dans l'injecteur de combustible, et on enrichit en oxygène cet écoulement de combustible en enrichissant en oxygène le fluide de transport,
  • on introduit ledit combustible sous forme d'un fluide dans ledit injecteur,
  • on introduit ledit combustible sous forme de particules solides dans ledit injecteur,
  • on enrichit en oxygène le fluide de transport pour qu'il ait une concentration en oxygène pouvant aller jusqu'à 35%,
  • ledit combustible est un combustible de mauvaise qualité,
  • on introduit de l'oxygène dans la zone d'injection de combustible de l'ensemble de combustion primaire du four rotatif avec un débit compris entre 2 et 20Nm3/h par MW de puissance théorique apportée par une combustion complète du ou des combustible(s) injecté(s) par l'ensemble de combustion primaire, et
  • le procédé de calcination est un procédé de fabrication de clinker.
According to particular embodiments, the method can have one or more of the following characteristics, taken in isolation or according to all technically possible combinations:
  • 60% to 99% of the stoichiometric oxygen necessary for the combustion of the fuel is supplied by the combustion products from the rotary kiln.
  • the oxygen volume concentration of the combustion products from the rotary kiln is greater than or equal to 1%,
  • the oxygen-rich fluid is a mixture of part of the combustion products and a gas containing at least about 20% oxygen,
  • a part of the combustion products is taken, to which air or air enriched with oxygen and / or industrially pure oxygen with a concentration greater than about 88% is mixed,
  • the adiabatic temperature of the flame produced at the outlet of the fuel injector is greater than 1000 ° C,
  • the adiabatic temperature of the flame produced at the outlet of the fuel injector is greater than 1250 ° C.,
  • the fuel with which the fuel injector is supplied is a poor quality fuel,
  • said oxygen-rich fluid is injected by an oxygen-rich fluid injector separate from the fuel injector,
  • the distance between the outlet of said oxygen-rich fluid injector and the outlet of the fuel injector is less than approximately 50 times the internal width of the oxygen-rich fluid injector,
  • an oxygen-rich fluid is injected towards the fuel injection zone of the fuel injector,
  • the fuel is injected, via the fuel injector, and the oxygen-rich fluid with a convergence angle of less than 25 °,
  • the precalcination device comprises at least two fuel injectors which are respectively supplied with at least one fuel to form a fuel injection zone at the outlet, and at least one fluid rich in oxygen is injected, having a volume concentration of oxygen higher than that of the combustion products from the rotary kiln, near the fuel injection zones of said at least two fuel injectors,
  • at least one oxygen-rich fluid is injected, having a higher oxygen concentration by volume than that of the combustion products from the rotary kiln, by means of a fuel injector of the precalcination device,
  • said oxygen-rich fluid is used as the fuel for transporting fuel inside said fuel injector,
  • an oxygen-rich fluid is oxygen with a purity greater than 90% which is circulated in said fuel injector by a clean passage of oxygen,
  • a good quality fuel is introduced through a passage of said fuel injector adjacent to a clean oxygen passage to form a pilot flame at the outlet of said fuel injector,
  • at least one or each fluid rich in oxygen is air enriched in oxygen,
  • at least one oxygen-rich fluid has an oxygen concentration greater than 90%,
  • a fluid rich in oxygen, having an oxygen concentration higher than that of air, is injected into a fuel injection zone of the primary combustion assembly of the rotary kiln,
  • the oxygen-rich fluid is introduced into a fuel injector of the primary combustion assembly of the rotary kiln,
  • the oxygen-rich fluid is oxygen with a purity greater than 90% which is circulated in said fuel injector by a clean passage of oxygen,
  • a clean oxygen passage is located radially inside said fuel injector,
  • a clean oxygen passage is located radially outside said fuel injector,
  • at least one good quality fuel is introduced, by a passage through said fuel injector adjacent to a clean oxygen passage, to form a pilot flame at the outlet of said fuel injector,
  • at least one fuel flow and at least one air flow are produced in said fuel injector and at least one air and / or fuel flow produced in said fuel injector is enriched with oxygen,
  • a flow of fuel is produced in said fuel injector by introducing a fuel and a fluid for transporting this fuel into the fuel injector, and this flow of fuel is enriched with oxygen by enriching with oxygen the transport fluid,
  • said fuel is introduced in the form of a fluid into said injector,
  • said fuel is introduced in the form of solid particles into said injector,
  • the transport fluid is enriched with oxygen so that it has an oxygen concentration of up to 35%,
  • said fuel is of poor quality fuel,
  • oxygen is introduced into the fuel injection zone of the primary combustion assembly of the rotary kiln with a flow rate of between 2 and 20Nm 3 / h per MW of theoretical power provided by complete combustion of the fuel (s) ( s) injected by the primary combustion assembly, and
  • the calcination process is a process for manufacturing clinker.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :

  • la figure 1 est une vue schématique en coupe latérale d'une installation de fabrication de clinker pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue schématique agrandie en coupe longitudinale de l'ensemble de combustion primaire du four rotatif de l'installation de la figure 1,
  • la figure 3 est une vue schématique agrandie en coupe longitudinale de l'ensemble de combustion du dispositif de précalcination de l'installation de la figure 1 ;
  • les figures 4 à 7 sont des vues analogues à la figure 2, illustrant d'autres modes de réalisation et variantes de l'invention,
  • les figures 8 et 9 sont des vues analogues à la figure 3, illustrant d'autres modes de réalisation de l'invention,
  • la figure 10 est une vue partielle schématique du dispositif de précalcination illustrant une variante du mode de réalisation de la figure 9, et
  • la figure 11 est une vue analogue à la figure 3 illustrant un autre mode de réalisation de l'invention.
The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and made with reference to the appended drawings in which:
  • Figure 1 is a schematic side sectional view of a clinker manufacturing installation for the implementation of a method according to the invention;
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view in longitudinal section of the primary combustion assembly of the rotary kiln of the installation of FIG. 1,
  • Figure 3 is an enlarged schematic view in longitudinal section of the combustion assembly of the precalcination device of the installation of Figure 1;
  • FIGS. 4 to 7 are views similar to FIG. 2, illustrating other embodiments and variants of the invention,
  • FIGS. 8 and 9 are views similar to FIG. 3, illustrating other embodiments of the invention,
  • FIG. 10 is a partial schematic view of the precalcination device illustrating a variant of the embodiment of FIG. 9, and
  • Figure 11 is a view similar to Figure 3 illustrating another embodiment of the invention.

La figure 1 illustre une installation 1 de production de clinker à partir d'un matériau 2 à base notamment de calcaire et d'argile.FIG. 1 illustrates an installation 1 for producing clinker at from a material 2 based in particular on limestone and clay.

L'installation 1 comprend successivement dans le sens d'écoulement du matériau 2 :

  • un dispositif 3 de précalcination,
  • un four rotatif tubulaire 4, et
  • une goulotte 5 de sortie.
The installation 1 successively comprises in the direction of flow of the material 2:
  • a precalcination device 3,
  • a tubular rotary kiln 4, and
  • an outlet chute 5.

Le dispositif 3 de précalcination peut être, par exemple, une grille " LEPOL " et comprend une extrémité 6 amont d'introduction du matériau 2, des moyens 7 de chauffage ou ensemble de combustion, et une extrémité aval 8 de décharge du matériau précalciné.The precalcination device 3 can be, for example, a "LEPOL" grid and includes an upstream end 6 for introducing the material 2, heating means 7 or combustion assembly, and a downstream end 8 for discharging the precalcined material.

Le four rotatif 4 est incliné, par rapport à l'horizontale, vers le bas de l'amont vers l'aval. Son extrémité amont 10, qui communique avec l'extrémité aval 8 du dispositif 3 de précalcination, est donc située à un niveau supérieur à celui de son extrémité aval 11.The rotary kiln 4 is inclined, with respect to the horizontal, towards the downstream from upstream to downstream. Its upstream end 10, which communicates with the downstream end 8 of the precalcination device 3, is therefore located at a level higher than that of its downstream end 11.

L'installation 1 comprend en outre des moyens 12 d'entraínement en rotation du four rotatif 4 autour de son axe longitudinal.The installation 1 also comprises means 12 for rotating the rotary kiln 4 about its longitudinal axis.

La goulotte 5 de sortie présente une extrémité amont 13 qui communique avec l'extrémité aval 11 du four rotatif 4, et une extrémité aval 14 reliée à des dispositifs non représentés de traitement ultérieur du clinker produit, dont notamment un dispositif de refroidissement.The outlet chute 5 has an upstream end 13 which communicates with the downstream end 11 of the rotary kiln 4, and a downstream end 14 connected to devices not shown for further processing of the clinker product, including in particular a cooling device.

La goulotte de sortie 5 est également munie de moyens 15 de chauffage ou ensemble de combustion primaire.The outlet chute 5 is also provided with means 15 for heating or primary combustion assembly.

Comme illustré par la figure 2, ces moyens 15 de chauffage comprennent des brûleurs 16 dont un seul est représenté et sera décrit.As illustrated in FIG. 2, these heating means 15 include burners 16 of which only one is shown and will be described.

Le brûleur 16 comprend un injecteur ou tuyère 17 porté par une paroi verticale 18 de la goulotte 5 de sortie, la paroi verticale 18 étant disposée en regard de l'extrémité aval 11 du four rotatif 4 comme on le voit sur la figure 1.The burner 16 comprises an injector or nozzle 17 carried by a vertical wall 18 of the outlet chute 5, the vertical wall 18 being disposed opposite the downstream end 11 of the rotary kiln 4 as seen in figure 1.

L'injecteur 17 s'étend parallèlement à l'axe du four rotatif 4, depuis la paroi 18 en pénétrant dans l'extrémité aval 11 du four rotatif 4.The injector 17 extends parallel to the axis of the rotary kiln 4, from the wall 18 by entering the downstream end 11 of the rotary kiln 4.

L'injecteur 17 présente un passage intérieur 20 de section circulaire entouré extérieurement par un passage extérieur 21 de section annulaire. L'injecteur 17 présente une entrée 22 et une sortie 23.The injector 17 has an interior passage 20 of section circular surrounded externally by an external passage 21 of section annular. The injector 17 has an inlet 22 and an outlet 23.

Le passage 20 est raccordé conjointement, au niveau de l'entrée 22 de l'injecteur 17, à une source 24 de combustible et à une source 25 de fluide de transport de ce combustible.Passage 20 is connected together, at the inlet 22 of the injector 17, to a source 24 of fuel and to a source 25 of transport fluid for this fuel.

Le combustible est par exemple du plastique déchiqueté en particules dont les dimensions peuvent être supérieures à 5 ou 10 mm, c'est-à-dire un combustible de mauvaise qualité. Le fluide de transport est par exemple de l'air sous pression.The fuel is for example plastic shredded in particles whose dimensions can be greater than 5 or 10 mm, that is to say a fuel of poor quality. The transport fluid is for example pressurized air.

Le passage extérieur 21 est raccordé, au niveau de l'entrée 22 de l'injecteur 17, par une conduite commune à une source 26 de comburant, par exemple de l'air, et à une source 27 d'oxygène. The external passage 21 is connected, at the level of the entry 22 of the injector 17, by a pipe common to a source 26 of oxidizer, for example air, and to a source 27 of oxygen.

La pureté de l'oxygène de la source 27 est par exemple supérieure à 90%.The oxygen purity of the source 27 is for example greater than 90%.

Comme illustré par la figure 3, les moyens 7 de chauffage du dispositif 3 de précalcination comprennent des brûleurs dont deux sont représentés et portent les références 28 et 29. Seuls ces brûleurs 28 et 29 et leur environnement sera décrit dans ce qui suit.As illustrated in FIG. 3, the means 7 for heating the precalcination device 3 include burners, two of which are represented and bear the references 28 and 29. Only these burners 28 and 29 and their environment will be described in the following.

Les brûleurs 28 et 29 comprennent chacun un injecteur, respectivement 30 et 31. Les injecteurs 30 et 31 sont portés par une paroi verticale 32 du dispositif de précalcination 3. Cette paroi verticale 32 est disposée au-dessus de l'extrémité amont 10 du four rotatif 4 comme on le voit sur la figure 1.The burners 28 and 29 each include an injector, 30 and 31 respectively. The injectors 30 and 31 are carried by a wall vertical 32 of the precalcination device 3. This vertical wall 32 is disposed above the upstream end 10 of the rotary kiln 4 as shown see in Figure 1.

L'injecteur 30 est disposé avec son axe sensiblement horizontal et comprend un passage intérieur 34 de section circulaire entouré extérieurement par un passage extérieur 35 de section annulaire.The injector 30 is arranged with its axis substantially horizontal and includes an inner passage 34 of circular section surrounded externally by an outer passage 35 of annular section.

Le passage intérieur 34 est relié, au niveau de l'entrée 36 de l'injecteur 30, à une source 37 de combustible, par exemple du gaz naturel qui est un combustible de bonne qualité.The interior passage 34 is connected, at the entrance 36 of the injector 30, to a source 37 of fuel, for example natural gas which is a good quality fuel.

Le passage extérieur 35 est relié, au niveau de l'entrée 36 de l'injecteur 30, à une source 38 de comburant, par exemple de l'air.The external passage 35 is connected, at the level of the entry 36 of the injector 30, to a source 38 of oxidizer, for example air.

L'injecteur 31 est disposé sous l'injecteur 30 et il est incliné dans un plan vertical du bas vers le haut depuis son entrée 41 vers sa sortie 42, avec un angle de préférence inférieur à 25°. Cet injecteur 31 comprend un passage intérieur 43 de section circulaire relié conjointement, au niveau de l'entrée 41 de l'injecteur 31, à une source 44 de combustible et à une source 45 de fluide de transport de ce combustible.The injector 31 is disposed under the injector 30 and it is inclined in a vertical plane from bottom to top from its entry 41 towards its outlet 42, with an angle preferably less than 25 °. This injector 31 comprises an interior passage 43 of circular section connected jointly, at the inlet 41 of the injector 31, to a source 44 of fuel and to a source 45 of transport fluid for this fuel.

Le combustible de la source 44 est constitué par exemple par des eaux usées, et le fluide de transport est par exemple de l'air sous pression.The fuel from source 44 consists for example of waste water, and the transport fluid is for example air under pressure.

Les moyens 7 de chauffage comprennent en outre une lance 47 d'injection d'oxygène qui est également portée par la paroi 32.The heating means 7 also comprise a lance 47 for injecting oxygen which is also carried by the wall 32.

La lance 47 est située entre les injecteurs 30 et 31 et son axe est horizontal. Cette lance 47 est disposée à proximité d'une part de l'injecteur 30, et d'autre part de l'injecteur 31, de sorte que la distance séparant la sortie 48 de la lance 47 et la sortie 42 de l'injecteur 31 est inférieure à 50 fois le diamètre du passage intérieur 49 de la lance 47.The lance 47 is located between the injectors 30 and 31 and its axis is horizontal. This lance 47 is placed near a part of the injector 30, and on the other hand the injector 31, so that the distance separating outlet 48 from lance 47 and outlet 42 from injector 31 is less than 50 times the diameter of the interior passage 49 of the lance 47.

Par ailleurs, le passage 49 de la lance 47 est relié au niveau de l'entrée 50 de la lance 47 à une source 51 d'oxygène.Furthermore, the passage 49 of the lance 47 is connected to the level from the inlet 50 of the lance 47 to a source 51 of oxygen.

La pureté de l'oxygène de la source 51 est par exemple supérieure à 90%.The purity of the oxygen from the source 51 is for example greater than 90%.

Le fonctionnement général de l'installation 1 va maintenant être décrit, le sens d'écoulement du matériau 2 étant schématisé par les flèches 55 sur la figure 1.The general operation of installation 1 will now be described, the direction of flow of the material 2 being shown schematically by the arrows 55 in Figure 1.

Le matériau 2 est introduit par l'extrémité amont 6 du dispositif 3 de précalcination. A l'intérieur de ce dispositif, le matériau 2, transporté par un convoyeur, est séché, chauffé et décarbonaté grâce notamment aux moyens 7 de chauffage qui amènent en partie l'énergie calorifique nécessaire.The material 2 is introduced through the upstream end 6 of the device 3 of precalcination. Inside this device, the material 2, transported by a conveyor, is dried, heated and decarbonated thanks in particular to heating means 7 which partly bring in the heat energy necessary.

Ensuite, le matériau 2 s'écoule au travers de l'extrémité aval 8 du dispositif 3 de précalcination et de l'extrémité amont 10 du four rotatif 4, puis dans le four rotatif 4 sous forme d'un lit 54.Then, the material 2 flows through the downstream end 8 the precalcination device 3 and the upstream end 10 of the rotary kiln 4, then in the rotary kiln 4 in the form of a bed 54.

Grâce aux moyens 15 de chauffage, la décarbonatation ou calcination eu matériau 2 se poursuit dans le four rotatif 4, puis le matériau 2 calciné subit la réaction de clinkérisation.Thanks to the heating means 15, the decarbonation or calcination of material 2 continues in the rotary kiln 4, then the material 2 calcined undergoes the clinkering reaction.

Le matériau 2 transformé en clinker chaud est alors évacué par l'extrémité aval 14 de la goulotte 5 vers les autres dispositifs de l'installation 1 dont le dispositif de refroidissement.The material 2 transformed into a hot clinker is then discharged via the downstream end 14 of the chute 5 towards the other installation 1 including the cooling device.

L'apport d'énergie calorifique à l'intérieur du four 4 et du dispositif 3 de précalcination, obtenu à partir des moyens 7 et 15 de chauffage, va maintenant être plus particulièrement décrit.The supply of heat energy inside the oven 4 and the precalcination device 3, obtained from means 7 and 15 of heating, will now be more particularly described.

En ce qui concerne les moyens 15 de chauffage, le combustible de la source 24 est introduit conjointement dans le passage intérieur 20 avec l'air sous pression de la source 25. Ainsi, un écoulement de particules solides de matière plastique est produit dans le passage intérieur 20. Le combustible de la source 24 est ensuite pulvérisé sous forme de particules solides au niveau de la sortie 23 de l'injecteur 17.As regards the heating means, the fuel from source 24 is jointly introduced into the passage interior 20 with pressurized air from the source 25. Thus, a flow solid particles of plastic material is produced in the passage interior 20. The fuel from source 24 is then sprayed under form of solid particles at the outlet 23 of the injector 17.

L'air de la source 26 est enrichi en oxygène par la source 27 puis circule dans le passage 21. Cet air enrichi en oxygène est éjecté de la sortie 23 de l'injecteur 17 sous forme d'une veine entourant extérieurement le combustible de la source 24 pulvérisé. Une flamme 57 est alors produite en sortie du brûleur 16. L'air de la source 26 enrichi en oxygène fournit en majorité le comburant nécessaire à la combustion correspondante. Cette flamme 57 est située au-dessus du lit 54 du matériau 2, au niveau de l'extrémité aval 11 du four rotatif 4, comme on le voit sur la figure 1.The air from source 26 is enriched with oxygen by source 27 then circulates in passage 21. This oxygen-enriched air is ejected from the outlet 23 of injector 17 in the form of a vein surrounding externally the fuel from source 24 sprayed. A flame 57 is then produced at the outlet of the burner 16. The air from the source 26 enriched with oxygen supplies most of the oxidant necessary for the corresponding combustion. This flame 57 is located above the bed 54 of the material 2, at the level of the downstream end 11 of the rotary kiln 4, as seen in FIG. 1.

Les fumées produites par la flamme 57 circulent dans le four rotatif 4 et dans le dispositif 3 de précalcination à contre-courant du matériau 2, comme schématisé par la flèche 58 sur la figure 1.The fumes produced by flame 57 circulate in the oven rotary 4 and in the precalcination device 3 against the current of the material 2, as shown diagrammatically by the arrow 58 in FIG. 1.

En ce qui concerne les moyens 7 de chauffage, le gaz naturel est éjecté de l'injecteur 30 dans une zone 61 d'injection sous forme d'un jet de combustible entouré par une veine d'air provenant de la source 38.As regards the heating means 7, natural gas is ejected from the injector 30 into an injection zone 61 in the form of a jet of fuel surrounded by a stream of air from the source 38.

Les eaux usées de la source 44 sont introduites conjointement avec l'air sous pression de la source 45 dans le passage 44 du brûleur 29 pour former un jet d'eaux usées pulvérisées sous forme de fines gouttelettes dans une zone 62 d'injection.Wastewater from source 44 is introduced jointly with pressurized air from the source 45 in the passage 44 of the burner 29 to form a jet of sprayed wastewater in the form of fine droplets in an injection area 62.

L'oxygène de la source 51 est introduit dans le passage 49 et éjecté de l'injecteur 47 sous forme d'un jet dans une zone d'injection 63 recouvrant en partie les zones 61 et 62 d'injection.The oxygen from the source 51 is introduced into the passage 49 and ejected from the injector 47 as a jet in an injection area 63 partially covering the injection zones 61 and 62.

Ainsi, le jet d'oxygène rencontre le jet d'eaux usées pulvérisées et le jet de gaz naturel entouré par la veine d'air provenant de la source 38.So the oxygen jet meets the wastewater jet sprayed and the jet of natural gas surrounded by the vein of air from the source 38.

Une flamme 64 est produite au niveau des zones 61, 62 et 63 du fait de la combustion :

  • des eaux usées de la source 44 avec l'air des sources 38 et 45 et l'oxygène de la source 51, mais également,
  • des imbrûlés issus des moyens 15 de chauffage et véhiculés par les fumées qui se déplacent selon la flèche 58, et de l'oxygène contenu dans ces fumées provenant des moyens 15 de chauffage.
A flame 64 is produced in zones 61, 62 and 63 due to the combustion:
  • waste water from source 44 with air from sources 38 and 45 and oxygen from source 51, but also,
  • unburnt products from the heating means 15 and carried by the fumes which move in the direction of arrow 58, and from the oxygen contained in these fumes coming from the heating means 15.

Le rendement de combustion des eaux usées de la source 44 est satisfaisant du fait de l'injection rapprochée de ces eaux usées et de l'oxygène de la source 51.Source 44 wastewater combustion efficiency is satisfactory due to the close injection of this wastewater and source oxygen 51.

En effet, cette injection d'oxygène crée un point chaud à proximité de la zone d'injection 62 des eaux usées, qui permet, en amenant rapidement les eaux usées à leur température d'inflammation, de stabiliser la combustion et donc de gérer plus facilement l'apport d'énergie calorifique dans le dispositif 3 de précalcination.Indeed, this oxygen injection creates a hot spot at proximity to the wastewater injection area 62, which allows, by bringing wastewater quickly at its ignition temperature, stabilize combustion and therefore more easily manage the supply of heat energy in the precalcination device 3.

Par ailleurs, du fait de la proximité de la zone 63 d'injection de l'oxygène de la source 51 et de la zone 61 d'injection du combustible de la source 37, les imbrûlés issus des moyens 15 de chauffage sont consumés. Les quantités d'imbrûlés rejetées par l'installation 1 sont donc réduites.Furthermore, due to the proximity of the injection zone 63 of the oxygen from the source 51 and from the fuel injection zone 61 of the source 37, the unburnt material from the heating means 15 is consumed. The quantities of unburnt materials released by the installation 1 are therefore reduced.

De manière plus générale, l'apport d'oxygène grâce à la lance 47 permet :

  • soit d'augmenter les quantités d'eaux usées incinérées à débit de combustible de la source 37 constant et à température de combustion constante,
  • soit de réduire les quantités d'imbrûlés qui sont véhiculés par les fumées évacuées au niveau de l'extrémité amont 6 du dispositif 3 de précalcination, ce résultat étant obtenu à débits de combustibles de la source 37 et d'eaux usées de la source 44 constants.
More generally, the oxygen supply thanks to the lance 47 allows:
  • either to increase the quantities of waste water incinerated at a constant source fuel flow 37 and at a constant combustion temperature,
  • either to reduce the quantities of unburnt materials which are conveyed by the fumes discharged at the upstream end 6 of the precalcination device 3, this result being obtained at fuel flow rates from source 37 and waste water from source 44 constant.

Dans l'installation des figures 1 à 3, ces effets sont obtenus conjointement du fait de la proximité de la lance 47 à la fois de l'injecteur 30 et de l'injecteur 31.In the installation of Figures 1 to 3, these effects are obtained jointly due to the proximity of the lance 47 to both the injector 30 and the injector 31.

Pour favoriser plus particulièrement l'incinération des eaux usées, il faut disposer la lance 47 à proximité de l'injecteur 31 dans lequel les eaux usées sont introduites, tandis que pour favoriser la réduction de quantité d'imbrûlés, il faut rapprocher la lance 47 d'injection d'oxygène de l'injecteur 30 dans lequel le combustible de bonne qualité est introduit. To promote more particularly the incineration of water worn, the lance 47 must be placed near the injector 31 in which wastewater is introduced, while to promote the reduction of quantity of unburnt, the oxygen injection lance 47 must be brought closer to the injector 30 into which the good quality fuel is introduced.

De plus, l'enrichissement en oxygène de l'air de transport utilisé dans l'injecteur 17 des moyens 15 de chauffage permet également :

  • d'augmenter les rendements de combustion du combustible de la source 24 en sortie du brûleur 16 et donc de réduire les imbrûlés produits par ce brûleur 16, et
  • de stabiliser la flamme 57 produite par ce brûleur 16 tout en utilisant le combustible de mauvaise qualité de la source 24.
In addition, the oxygen enrichment of the transport air used in the injector 17 of the heating means 15 also makes it possible:
  • to increase the combustion efficiency of the fuel from the source 24 at the outlet of the burner 16 and therefore to reduce the unburnt produced by this burner 16, and
  • to stabilize the flame 57 produced by this burner 16 while using the poor quality fuel from the source 24.

Ces effets sont dus au fait que l'oxygène introduit permet d'amener rapidement le combustible de la source 24 à sa température d'inflammation.These effects are due to the fact that the oxygen introduced allows quickly bring the fuel from source 24 to its temperature inflammation.

On constate également que l'injection d'oxygène par enrichissement de l'air de la source 26 permet de raccourcir la flamme et donc la zone de cuisson à haute température dans le four rotatif 4. Par conséquent, les cristaux d'alites et de bélites constituant le clinker produit sont plus petits qu'en l'absence d'injection d'oxygène.We also note that the injection of oxygen by enriching the air in the source 26 shortens the flame and therefore the high temperature cooking zone in the rotary oven 4. By Consequently, the alite and belite crystals constituting the clinker produced are smaller than in the absence of oxygen injection.

Par exemple, les dimensions peuvent être réduites de 5 µm pour les cristaux d'alites et de 2 µm pour les cristaux de bélite en introduisant environ 7,6 Nm3 d'oxygène par tonne de clinker produite. On constate également que les taux de chaux libres présentes dans le clinker produit sont diminués, de 1,7 % en moyenne avec suroxygénation selon le procédé décrit contre 2,9 % sans suroxygénation.For example, the dimensions can be reduced by 5 µm for the alite crystals and by 2 µm for the belite crystals by introducing approximately 7.6 Nm 3 of oxygen per tonne of clinker produced. It can also be seen that the free lime levels present in the clinker produced are reduced, by 1.7% on average with overoxygenation according to the process described against 2.9% without overoxygenation.

Ainsi, le ciment produit à partir d'un tel clinker présente des résistances à court et moyen termes plus élevées. On peut constater par exemple une augmentation de 1,5 MPa de la résistance à court terme et de 2,5 MPa de la résistance à moyen terme d'un tel ciment.Thus, the cement produced from such a clinker exhibits higher short and medium term resistances. We can see by example a 1.5 MPa increase in short-term resistance and 2.5 MPa of the medium-term resistance of such a cement.

On notera que le brûleur 16 est un brûleur classique qu'il n'a pas été nécessaire de modifier pour suroxygéner la flamme 57 qu'il produit.It will be noted that the burner 16 is a conventional burner which it has it was not necessary to modify to superoxygenate the flame 57 which it produces.

Ainsi, le procédé décrit permet de réduire les coûts de fabrication de clinker, notamment par l'utilisation en quantités relativement importantes de combustibles de mauvaises qualités, tout en respectant les contraintes d'échange thermique dans l'installation 1 et en limitant les émissions polluantes. Thus, the method described makes it possible to reduce the costs of manufacture of clinker, in particular by the use in relatively large quantities significant amounts of poor quality fuels, while respecting the heat exchange constraints in installation 1 and limiting the polluting emissions.

Selon une variante des moyens 15 de chauffage illustrée par la figure 4, le passage intérieur 20 de l'injecteur 17 est raccordé conjointement à la source 24 et à une conduite commune de sortie des sources 25 d'air de transport et 27 d'oxygène.According to a variant of the heating means 15 illustrated by Figure 4, the inner passage 20 of the injector 17 is connected together with source 24 and a common outlet for 25 sources of transport air and 27 of oxygen.

Ainsi, dans cette variante, c'est l'air de transport du combustible de la source 24 qui est enrichi en oxygène avant son introduction dans l'injecteur 17 pour suroxygéner la flamme 57.Thus, in this variant, it is the transport air of the fuel from source 24 which is enriched in oxygen before its introduction into the injector 17 to oxygenate the flame 57.

Selon d'autres variantes non représentées, on peut enrichir en oxygène le fluide de transport de la source 25 et l'air de la source 26. Par ailleurs, cet enrichissement peut être assuré à l'intérieur de l'injecteur 17, le fluide à enrichir en oxygène et l'oxygène étant introduits séparément dans l'injecteur 17 et non simultanément comme décrit ci-dessus.According to other variants not shown, it is possible to enrich oxygen the source transport fluid 25 and the source air 26. By elsewhere, this enrichment can be ensured inside the injector 17, the fluid to be enriched with oxygen and the oxygen being introduced separately into the injector 17 and not simultaneously as described above.

De manière générale, le fluide enrichi en oxygène, et notamment le fluide de transport du combustible, peut être enrichi jusqu'à avoir une concentration volumique en oxygène de 30% ou même 35%.In general, the oxygen-enriched fluid, and in particular the fuel transport fluid, can be enriched up to have a volume oxygen concentration of 30% or even 35%.

D'autres modes de suroxygénation de la flamme 57 produite par le brûleur 16 vont maintenant être décrits en regard des figures 5 à 7.Other modes of superoxygenation of the flame 57 produced by the burner 16 will now be described with reference to FIGS. 5 to 7.

Selon le mode de réalisation de la figure 5, l'injecteur 17 comprend une lance d'injection d'oxygène 65 disposée à l'intérieur du passage 20 qui est maintenant de section annulaire.According to the embodiment of Figure 5, the injector 17 includes an oxygen injection lance 65 disposed inside the passage 20 which is now of annular section.

La lance 65 présente un passage intérieur 66 de section circulaire qui est raccordé, au niveau de l'entrée 22 de l'injecteur 17, à la source 27 d'oxygène.The lance 65 has an interior passage 66 of section circular which is connected, at the level of the inlet 22 of the injector 17, to the source of oxygen 27.

Les passages 20 et 21 sont respectivement raccordés aux sources 24, 25 et 26.The passages 20 and 21 are respectively connected to the sources 24, 25 and 26.

Ce mode de réalisation permet de créer au sein de la flamme 57 une flamme pilote stable qui chauffe très rapidement le combustible de la source 24 jusqu'à sa température d'inflammation.This embodiment allows to create within the flame 57 a stable pilot flame which heats the fuel in the source 24 up to its ignition temperature.

Le mode de réalisation de la figure 6 se distingue de celui de la figure 5 par le fait qu'un tube 67 est disposé autour de la lance 65 pour créer un nouveau passage 68 entre le passage 66 de la lance 65 d'injection d'oxygène et le passage 20. The embodiment of FIG. 6 differs from that of Figure 5 by the fact that a tube 67 is arranged around the lance 65 for create a new passage 68 between passage 66 of the injection lance 65 oxygen and passage 20.

Le passage 68, de section annulaire, est relié, au niveau de l'entrée 22 de l'injecteur 17, à une source 70 de gaz naturel, qui est un combustible de bonne qualité.The passage 68, of annular section, is connected, at the level of inlet 22 of injector 17, to a source 70 of natural gas, which is a good quality fuel.

Les passages 66 et 68 forment ainsi un brûleur auxiliaire 71 gaz naturel/oxygène au sein même du brûleur 16.The passages 66 and 68 thus form an auxiliary burner 71 natural gas / oxygen within the burner 16.

Le brûleur auxiliaire 71, situé radialement à l'intérieur du brûleur 16, produit une flamme pilote de meilleures caractéristiques que celle du mode de réalisation de la figure 5.The auxiliary burner 71, located radially inside the burner 16, produces a pilot flame with better characteristics than that of the embodiment of FIG. 5.

Le mode de la réalisation de la figure 7 se distingue de celui de la figure 6 par le fait que le brûleur auxiliaire 71 est disposé radialement à l'extérieur du brûleur 16. En effet, le passage 66, maintenant de section annulaire, entoure extérieurement le passage 21, tandis que le passage 68 entoure extérieurement le passage 66.The embodiment of Figure 7 differs from that of Figure 6 by the fact that the auxiliary burner 71 is arranged radially outside the burner 16. Indeed, the passage 66, now of section annular, externally surrounds passage 21, while passage 68 externally surrounds passage 66.

La flamme pilote produite par le brûleur 71 est alors située radialement à l'extérieur de la flamme 57.The pilot flame produced by the burner 71 is then located radially outside the flame 57.

Les différents modes de réalisation et variantes des figures 2 à 7 peuvent être combinés au niveau des moyens 15 de chauffage.The different embodiments and variants of FIGS. 2 to 7 can be combined at the level of the heating means 15.

De manière générale, le débit d'oxygène doit être compris entre 2 et 20 Nm3/h par MW (mégawatt) de puissance théorique apportée par une combustion complète du ou des combustible(s) injecté(s) par les moyens 15 de chauffage.In general, the oxygen flow rate must be between 2 and 20 Nm 3 / h per MW (megawatt) of theoretical power supplied by complete combustion of the fuel (s) injected by the heating means. .

Cet oxygène doit être apporté par un fluide riche en oxygène, ayant une teneur en oxygène supérieure à celle de l'air, et injecté dans la zone d'injection de combustible des moyens 15 de chauffage.This oxygen must be supplied by an oxygen-rich fluid, having an oxygen content higher than that of air, and injected into the fuel injection zone of the heating means 15.

Cette injection de fluide riche en oxygène peut se faire par l'intermédiaire d'un fluide de transport d'un combustible injecté par les moyens 15 de chauffage. Ce combustible peut être de bonne ou de mauvaise qualité et sous forme fluide, c'est-à-dire liquide et/ou gazeuse, ou sous forme solide.This injection of oxygen-rich fluid can be done by through a fuel transport fluid injected by the heating means 15. This fuel can be of good or poor quality and in fluid form, i.e. liquid and / or gaseous, or in solid form.

En ce qui concerne les moyens 7 de chauffage, un certain nombre d'autres modes de réalisation vont maintenant être décrits. As regards the heating means 7, a certain number of other embodiments will now be described.

La figure 8 illustre un deuxième mode de réalisation des moyens 7 de chauffage, dans lequel la lance 47 est disposée à l'intérieur de l'injecteur 31, coaxialement à celui-ci, et fait partie de cet injecteur 31 et donc du brûleur 29.FIG. 8 illustrates a second embodiment of the heating means 7, in which the lance 47 is arranged inside the injector 31, coaxial therewith, and is part of this injector 31 and therefore of the burner 29.

Le passage 43 est alors de section annulaire et la zone 62 d'injection d'oxygène est située au coeur de la zone 63 d'injection des eaux usées.The passage 43 is then of annular section and the zone 62 oxygen injection system is located in the heart of the water injection zone 63 worn out.

L'oxygène de la source 51 est alors injecté vers la zone 61 d'injection de combustible avec un angle de convergence correspondant à l'inclinaison par rapport à l'horizontale de la lance 47, c'est-à-dire un angle inférieur à 25°.The oxygen from the source 51 is then injected towards the zone 61 fuel injection with a convergence angle corresponding to the inclination relative to the horizontal of the lance 47, that is to say an angle less than 25 °.

Ce deuxième mode de réalisation permet de limiter les quantités d'oxygène injectées par la lance 47 du fait de l'injection de cet oxygène au coeur même des eaux usées. Ce deuxième mode de réalisation est particulièrement destiné à l'augmentation des quantités d'eaux usées incinérées.This second embodiment makes it possible to limit the quantities of oxygen injected by the lance 47 due to the injection of this oxygen at the heart of wastewater. This second embodiment is particularly intended for increasing the quantities of wastewater cremated.

La figure 9 illustre un troisième mode de réalisation des moyens 7 de chauffage dans lequel la lance 47 est supprimée et la suroxygénation au niveau de la flamme 64 est assurée :

  • par un enrichissement de l'air de pulvérisation de la source 45 par de l'oxygène provenant d'une source 75, et
  • par un enrichissement de l'air de la source 38 par de l'oxygène provenant d'une source 76.
FIG. 9 illustrates a third embodiment of the heating means 7 in which the lance 47 is eliminated and the over-oxygenation at the level of the flame 64 is ensured:
  • by enriching the atomizing air of the source 45 with oxygen coming from a source 75, and
  • by enriching the air in the source 38 with oxygen from a source 76.

Ainsi, une zone 63 d'injection d'oxygène entoure la zone 61 d'injection de combustible en sortie de l'injecteur 30, tandis qu'une zone 63 d'injection d'oxygène est confondue avec une zone 62 d'injection de combustible en sortie de l'injecteur 31.Thus, an oxygen injection zone 63 surrounds the zone 61 fuel injection outlet of the injector 30, while an area 63 of oxygen injection is confused with a zone 62 of injection of fuel at the outlet of the injector 31.

La pureté de l'oxygène des sources 75 et 76 est, par exemple, supérieure à 90%.The oxygen purity from sources 75 and 76 is, for example, greater than 90%.

Dans une variante de ce mode de réalisation illustrée schématiquement par la figure 10, la source 38 d'air a été remplacée par une conduite 77 de soutirage des fumées ou produits de combustion issus du four rotatif 4. Cette conduite 77 soutire ces fumées depuis une région aval du dispositif 3 de précalcination pour former, avec l'oxygène de la source 76, le comburant du combustible de la source 38.In a variant of this illustrated embodiment schematically in Figure 10, the air source 38 has been replaced by a pipe 77 for withdrawing smoke or combustion products from from the rotary kiln 4. This pipe 77 draws off this smoke from a region downstream of the precalcination device 3 to form, with the oxygen of the source 76, the fuel oxidizer from source 38.

Les alimentations du brûleur 29 n'ont pas été représentées sur cette figure 10.The burner supplies 29 have not been shown on this figure 10.

La figure 11 illustre un quatrième mode de réalisation des moyens 7 de chauffage dans lequel les brûleurs 28, 29 et la lance 47 de la figure 3 sont remplacés par un seul brûleur 78 dont l'injecteur 79 est disposé avec son axe horizontal. L'injecteur 79, porté par la paroi 32, comprend un passage intérieur 80 de section circulaire, entouré extérieurement par un passage intermédiaire 81 de section annulaire, lui-même entouré extérieurement par un passage extérieur 82 de section annulaire.FIG. 11 illustrates a fourth embodiment of the heating means 7 in which the burners 28, 29 and the lance 47 of the Figure 3 are replaced by a single burner 78 whose injector 79 is arranged with its horizontal axis. The injector 79, carried by the wall 32, includes an inner passage 80 of circular section, surrounded externally by an intermediate passage 81 of annular section, itself externally surrounded by an external passage 82 of section annular.

Le passage intérieur 80 est raccordé, au niveau de l'entrée 83 de l'injecteur 79, à la source 37 de gaz naturel.The internal passage 80 is connected, at the entry 83 from the injector 79, to the source 37 of natural gas.

Le passage 81 est raccordé, au niveau de l'entrée 83 de l'injecteur 79, à la source 51 d'oxygène et le passage 82 est raccordé, au niveau de l'entrée 83, conjointement à la source 44 d'eaux usées et à la source 45 d'air de pulvérisation.Passage 81 is connected, at entrance 83 of the injector 79 at the source 51 of oxygen and the passage 82 is connected to the entrance level 83, together with the source 44 of wastewater and the source 45 of spray air.

Ce quatrième mode de réalisation permet d'assurer un bon mélange de tous les combustibles et comburants introduits dans l'injecteur 79 et de limiter l'encombrement des moyens 7 de chauffage.This fourth embodiment ensures good mixture of all fuels and oxidizers introduced into the injector 79 and limit the size of the heating means 7.

En fait, dans ce mode de réalisation, les passages 80 et 81 forment un brûleur auxiliaire 84 gaz naturel/oxygène au sein du brûleur 78 pour produire une flamme pilote en sortie de l'injecteur 79.In fact, in this embodiment, passages 80 and 81 form an auxiliary burner 84 natural gas / oxygen within the burner 78 to produce a pilot flame at the outlet of the injector 79.

Les modes de réalisation et variantes décrits en regard des figures 3 et 8 à 11 peuvent être combinés au niveau des moyens 7 de chauffage.The embodiments and variants described with regard to Figures 3 and 8 to 11 can be combined at the level of the means 7 of heater.

De manière générale, on considère qu'il faut introduire un fluide riche en oxygène, ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des fumées ou produits de combustion issus du four rotatif 4 et qui traversent le dispositif de précalcination, pour apporter à l'aide de ce fluide riche en oxygène entre 1 et 40%, et de préférence entre 1 à 10%, de l'oxygène nécessaire à la combustion produite par les moyens 7 de chauffage.In general, we consider that it is necessary to introduce a oxygen-rich fluid with a volume concentration of oxygen higher than that of smoke or combustion products from the oven rotary 4 and which pass through the precalcination device, to bring to using this oxygen-rich fluid between 1 and 40%, and preferably between 1 at 10%, of the oxygen necessary for the combustion produced by the means 7 of heating.

Les produits de combustion issus du four rotatif peuvent amener 60 à 99% de l'oxygène stoechimétrique nécessaire à cette combustion.Combustion products from the rotary kiln can supply 60 to 99% of the stoichiometric oxygen necessary for this combustion.

Le fluide riche en oxygène peut être obtenu par mélange d'une partie des produits de combustion, dont la concentration volumique en oxygène est comprise entre 1 et 4%, avec un fluide plus riche en oxygène, par exemple de l'air, de l'air enrichi en oxygène et/ou de l'oxygène de pureté supérieure à 88%.The oxygen-rich fluid can be obtained by mixing a part of the combustion products, whose volume concentration in oxygen is between 1 and 4%, with a fluid richer in oxygen, for example air, oxygen-enriched air and / or oxygen from purity greater than 88%.

De préférence, la quantité de fluide riche en oxygène introduite sera telle que la température adiabatique de la flamme 64 produite par les moyens 7 de chauffage soit supérieure à 1000°C et de préférence à 1250°C.Preferably, the amount of oxygen-rich fluid introduced will be such that the adiabatic temperature of the flame 64 produced by the heating means 7 is greater than 1000 ° C. and preferably at 1250 ° C.

De manière plus générale, la suroxygénation peut être assurée uniquement au niveau des moyens 7 de chauffage ou au niveau des moyens 15 de chauffage. Ainsi, le brûleur 16 des moyens 15 de chauffage peut n'être alimenté qu'en combustible et en air non suroxygéné ou avec un autre comburant.More generally, over-oxygenation can be ensured only at the level of the heating means 7 or at the level of the heating means 15. Thus, the burner 16 of the heating means 15 can only be supplied with fuel and non-oxygenated air or with a other oxidizer.

Dans ce cas, une suroxygénation est assurée au niveau des moyens 7 de chauffage par injection d'un fluide riche en oxygène à proximité des zones d'injection de combustible des moyens 7 de chauffage.In this case, an over-oxygenation is ensured at the level of heating means 7 by injection of an oxygen-rich fluid at proximity to the fuel injection zones of the heating means 7.

Cette suroxygénation peut permettre la limitation des imbrûlés, y compris de ceux issus des moyens 15 de chauffage.This over-oxygenation can allow the limitation of unburned, including those from the heating means 15.

Ce cas est particulièrement adapté à l'augmentation des quantités de combustible de mauvaise qualité incinérées. En effet, on a constaté que les contraintes de procédé d'élaboration imposées au niveau du dispositif 3 de précalcination sont principalement des seuils de température et d'imbrûlés que l'on peut facilement respecter avec suroxygénation, si bien que de grandes quantités de combustible de mauvaise qualité peuvent être incinérées au niveau de ce dispositif 3 de précalcination.This case is particularly suited to the increase in quantities of poor quality fuel incinerated. Indeed, we have noted that the constraints of the development process imposed at the level of the precalcination device 3 are mainly thresholds of temperature and unburnt which can easily be respected with over-oxygenation so that large amounts of fuel from poor quality can be incinerated at this device 3 of precalcination.

De manière inverse, la suroxygénation peut n'être assurée qu'au niveau des moyens 15 de chauffage qu'on alimente avec au moins un combustible de mauvaise qualité.Conversely, over-oxygenation may not be ensured that at the level of the heating means 15 which are supplied with at least one poor quality fuel.

De manière plus générale, le procédé selon l'invention peut s'appliquer aux procédés de traitement de matériaux dans lesquels on décarbonate un matériau à base de minerai. Ainsi, le procédé selon l'invention peut s'appliquer à la fabrication de la chaux ou de la dolomie.More generally, the method according to the invention can apply to materials treatment processes in which decarbonate an ore-based material. Thus, the method according to the invention can be applied to the manufacture of lime or dolomite.

Claims (33)

Procédé de calcination d'un matériau (2) à base de minerai dans lequel on fait passer le matériau dans un dispositif de précalcination (3) muni d'au moins un injecteur de combustible (30, 31 ; 79) alimenté avec au moins un combustible pour former en sortie de l'injecteur de combustible une zone d'injection de combustible et alimenté en comburant par les produits de combustion issus d'un four rotatif (4) situé en aval du dispositif de précalcination par rapport au sens d'écoulement du matériau (2), puis on fait passer le matériau (2) au moins partiellement calciné dans le four rotatif (4) muni à son extrémité aval d'un ensemble de combustion primaire (16), caractérisé en ce que l'on injecte au moins un fluide riche en oxygène à proximité de la zone d'injection de combustible, le fluide riche en oxygène ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des produits de combustion issus du four rotatif et qui traversent le dispositif de précalcination (3), de manière à apporter à l'aide du fluide riche en oxygène de 1% à 40%, de préférence de 1% à 10%, de l'oxygène stoechiométrique nécessaire à la combustion du combustible injecté par l'injecteur de combustible.Method for calcining an ore-based material (2) in which the material is passed through a precalcination device (3) provided with at least one fuel injector (30, 31; 79) supplied with less fuel to form at the fuel injector outlet a fuel injection area and supplied with oxidant by the combustion products from a rotary kiln (4) located downstream of the device of precalcination with respect to the direction of flow of the material (2), then passes the at least partially calcined material (2) through the rotary kiln (4) provided at its downstream end with a primary combustion assembly (16), characterized in that at least one fluid rich in oxygen is injected at proximity to the fuel injection area, the oxygen-rich fluid having a higher oxygen concentration by volume than combustion products from the rotary kiln and passing through the precalcination (3), so as to provide with the aid of the oxygen-rich fluid from 1% to 40%, preferably from 1% to 10%, of stoichiometric oxygen necessary for the combustion of the fuel injected by the injector combustible. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 60% à 99% de l'oxygène stoechiométrique nécessaire à la combustion du combustible sont apportés par les produits de combustion issus du four rotatif (4).Process according to claim 1, characterized in that 60% to 99% of the stoichiometric oxygen necessary for the combustion of the fuel are supplied by the combustion products from the oven rotary (4). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration volumique en oxygène des produits de combustion issus du four rotatif (4) est supérieure ou égale à 1%.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen concentration by volume of combustion products from rotary kiln (4) is greater than or equal to 1%. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide riche en oxygène est un mélange d'une partie des produits de combustion et d'un gaz contenant au moins environ 20% en oxygène.Process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the oxygen-rich fluid is a mixture of part of the combustion products and of a gas containing at least approximately 20% oxygen. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on prélève une partie des produits de combustion auquel on mélange de l'air ou de l'air enrichi en oxygène et/ou de l'oxygène industriellement pur de concentration supérieure à environ 88%.Method according to claim 4, characterized in that one takes part of the combustion products with which air is mixed or oxygen-enriched air and / or industrially pure oxygen from concentration greater than about 88%. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température adiabatique de la flamme (64) produite en sortie de l'injecteur de combustible est supérieure à 1000°C.Process according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the adiabatic temperature of the flame (64) produced at the outlet of the fuel injector is greater than 1000 ° C. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température adiabatique de la flamme (64) produite en sortie de l'injecteur de combustible est supérieure à 1250°C.Method according to claim 6, characterized in that the adiabatic temperature of the flame (64) produced at the outlet of the injector of fuel is higher than 1250 ° C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le combustible avec lequel on alimente l'injecteur de combustible est un combustible de mauvaise qualité.Process according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the fuel with which the injector is supplied fuel is poor quality fuel. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on injecte ledit fluide riche en oxygène par un injecteur de fluide riche en oxygène distinct de l'injecteur de combustible.Process according to any one of Claims 1 to 8, characterized in that said oxygen-rich fluid is injected by a oxygen rich fluid injector separate from the fuel injector. Procédé selon les revendications 8 et 9 prises ensemble, caractérisé en ce que la distance séparant la sortie dudit injecteur (47) de fluide riche en oxygène et la sortie de l'injecteur (31) de combustible est inférieure à environ 50 fois la largeur intérieure de l'injecteur de fluide riche en oxygène.Method according to claims 8 and 9 taken together, characterized in that the distance from the outlet of said injector (47) to oxygen-rich fluid and the outlet of the fuel injector (31) is less than about 50 times the interior width of the rich fluid injector in oxygen. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on injecte un fluide riche en oxygène vers la zone d'injection de combustible de l'injecteur de combustible.Process according to any one of Claims 1 to 10, characterized in that an oxygen-rich fluid is injected into the area fuel injector from the fuel injector. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on injecte le combustible, par l'intermédiaire de l'injecteur de combustible, et le fluide riche en oxygène avec un angle de convergence inférieur à 25°.Process according to claim 11, characterized in that one injects the fuel, through the fuel injector, and the oxygen-rich fluid with a convergence angle of less than 25 °. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le dispositif (3) de précalcination comprend au moins deux injecteurs (30, 31) de combustible qu'on alimente respectivement avec au moins un combustible pour former en sortie une zone d'injection de combustible (61, 62), et en ce que l'on injecte au moins un fluide riche en oxygène, ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des produits de combustion issus du four rotatif (4), à proximité des zones d'injection de combustible desdits au moins deux injecteurs de combustible.Process according to any one of Claims 1 to 12, characterized in that the precalcination device (3) comprises at least two fuel injectors (30, 31) which are fed respectively with at least one fuel to form at the outlet an injection zone of fuel (61, 62), and in that at least one fluid rich in is injected oxygen, having a higher oxygen volume concentration than that combustion products from the rotary kiln (4), near the areas fuel injection of said at least two fuel injectors. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'on injecte au moins un fluide riche en oxygène, ayant une concentration volumique en oxygène supérieure à celle des produits de combustion issus du four rotatif (4), par l'intermédiaire d'un injecteur (30, 31 ; 79) de combustible du dispositif de précalcination (3).Process according to any one of Claims 1 to 13, characterized in that at least one fluid rich in oxygen is injected, having a higher oxygen concentration by volume than combustion products from the rotary kiln (4), via a fuel injector (30, 31; 79) of the precalcination device (3). Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'on utilise ledit fluide riche en oxygène comme fluide de transport d'un combustible à l'intérieur dudit injecteur de combustible.Method according to claim 14, characterized in that one uses said oxygen-rich fluid as a fluid for transporting a fuel inside said fuel injector. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'un fluide riche en oxygène est de l'oxygène de pureté supérieure à 90% que l'on fait circuler dans ledit injecteur de combustible par un passage propre d'oxygène (49, 81).Method according to claim 14 or 15, characterized in that a oxygen-rich fluid is oxygen with purity greater than 90% than it is circulated in said fuel injector through a clean passage oxygen (49, 81). Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'on introduit par un passage (80) dudit injecteur de combustible voisin d'un passage propre d'oxygène (81) un combustible de bonne qualité pour former une flamme pilote en sortie dudit injecteur de combustible.Method according to claim 16, characterized in that one introduced through a passage (80) of said fuel injector adjacent to a clean passage of oxygen (81) a good quality fuel for forming a pilot flame at the outlet of said fuel injector. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'au moins un ou chaque fluide riche en oxygène est de l'air enrichi en oxygène.Process according to any one of Claims 1 to 17, characterized in that at least one or each oxygen-rich fluid is air enriched with oxygen. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'au moins un fluide riche en oxygène a une concentration en oxygène supérieure à 90%.Process according to any one of Claims 1 to 18, characterized in that at least one oxygen-rich fluid has a oxygen concentration greater than 90%. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que l'on injecte un fluide riche en oxygène, ayant une concentration en oxygène supérieure à celle de l'air, dans une zone d'injection de combustible de l'ensemble de combustion primaire (16) du four rotatif (4) (figures 2 et 4 à 7).Process according to any one of Claims 1 to 19, characterized in that an oxygen-rich fluid is injected, having a higher oxygen concentration than air, in an area fuel injection of the primary combustion assembly (16) of the rotary oven (4) (Figures 2 and 4 to 7). Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'on introduit le fluide riche en oxygène au sein d'un injecteur (17) de combustible de l'ensemble de combustion primaire (16) du four rotatif (4). Method according to claim 20, characterized in that one introduces the oxygen-rich fluid into an injector (17) of fuel from the primary combustion assembly (16) of the rotary kiln (4). Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le fluide riche en oxygène est de l'oxygène de pureté supérieure à 90% que l'on fait circuler dans ledit injecteur (17) de combustible par un passage propre d'oxygène (66).Method according to claim 21, characterized in that the fluid rich in oxygen is oxygen of purity greater than 90% that we make circulating in said fuel injector (17) through a clean passage oxygen (66). Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'un passage propre d'oxygène (66) est situé radialement à l'intérieur dudit injecteur (17) de combustible.Method according to claim 22, characterized in that a clean oxygen passage (66) is located radially inside said fuel injector (17). Procédé selon la revendication 22 ou 23, caractérisé en ce qu'un passage propre d'oxygène (66) est situé radialement à l'extérieur dudit injecteur (17) de combustible.Method according to claim 22 or 23, characterized in that a clean oxygen passage (66) is located radially outside said fuel injector (17). Procédé selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisé en ce que l'on introduit, par un passage (68) dudit injecteur (17) de combustible voisin d'un passage propre d'oxygène (66), au moins un combustible de bonne qualité pour former une flamme pilote en sortie dudit injecteur (17) de combustible.Process according to any one of Claims 22 to 24, characterized in that one introduces, through a passage (68) of said injector (17) fuel next to a clean oxygen passage (66), at least one good quality fuel to form a pilot flame at the outlet of said fuel fuel injector (17). Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 25, caractérisé en ce que l'on produit dans ledit injecteur (17) de combustible au moins un écoulement de combustible et au moins un écoulement d'air, et en ce que l'on enrichit en oxygène au moins un écoulement d'air et/ou de combustible produit dans ledit injecteur de combustible (figures 2 et 4).Process according to any one of Claims 21 to 25, characterized in that the fuel injector (17) is produced at least one fuel flow and at least one air flow, and in that at least one flow of air and / or fuel produced in said fuel injector (Figures 2 and 4). Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'on produit un écoulement de combustible dans ledit injecteur de combustible en introduisant un combustible et un fluide de transport (25) de ce combustible dans l'injecteur de combustible, et en ce que l'on enrichit en oxygène (27) cet écoulement de combustible en enrichissant en oxygène le fluide de transport.Method according to claim 26, characterized in that one produces a fuel flow in said fuel injector by introducing a fuel and a transport fluid (25) therefrom fuel in the fuel injector, and in that we enrich it with oxygen (27) this fuel flow by enriching the oxygen with transport fluid. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'on introduit ledit combustible sous forme d'un fluide dans ledit injecteur.Method according to claim 27, characterized in that one introduces said fuel in the form of a fluid into said injector. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'on introduit ledit combustible sous forme de particules solides dans ledit injecteur. Method according to claim 27, characterized in that one introduces said fuel in the form of solid particles into said fuel injector. Procédé selon l'une quelconque des revendications 27 à 29, caractérisé en ce que l'on enrichit en oxygène le fluide de transport pour qu'il ait une concentration en oxygène pouvant aller jusqu'à 35%.Process according to any one of Claims 27 to 29, characterized in that the transport fluid is enriched with oxygen for that it has an oxygen concentration of up to 35%. Procédé selon l'une quelconque des revendications 26 à 30, caractérisé en ce que ledit combustible est un combustible de mauvaise qualité.Process according to any one of Claims 26 to 30, characterized in that said fuel is a poor fuel quality. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 à 31, caractérisé en ce que l'on introduit de l'oxygène dans la zone d'injection de combustible de l'ensemble de combustion primaire (16) du four rotatif (4) avec un débit compris entre 2 et 20Nm3/h par MW de puissance théorique apportée par une combustion complète du ou des combustible(s) injecté(s) par l'ensemble de combustion primaire (16).Process according to any one of Claims 20 to 31, characterized in that oxygen is introduced into the fuel injection zone of the primary combustion assembly (16) of the rotary kiln (4) with a flow rate between 2 and 20Nm 3 / h per MW of theoretical power provided by complete combustion of the fuel (s) injected by the primary combustion assembly (16). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 32, caractérisé en ce qu'il est un procédé de fabrication de clinker.Process according to any one of Claims 1 to 32, characterized in that it is a process for manufacturing clinker.
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