FR2644565A2 - Improvements to a method and to a device for dehydrating a powdered mineral, particularly for manufacturing plaster - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des perfectionnements à un procédé et un dispositif de déshydratation à chauffage électrique tels que décrits et revendiqués dans la demande brevet français No. 2 618 539 au nom de la Demanderesse, et la présente demande constitue à ce titre un demande de certificat d'addition rattachée à cette demande de brevet. The present invention relates to improvements to a method and an electrically heated dehydration device as described and claimed in French patent application No. 2,618,539 in the name of the Applicant, and the present application therefore constitutes a request for a certificate of addition attached to this patent application.
La demande de brevet précitée concerne tout d'abord un procédé de déshydratation d'un minéral pulvérulent en lit fluidisé par chauffage pour évaporer une partie de liteau qui y est incorporée, dans lequel on chauffe ledit minéral par un réseau d'éléments de chauffage électrique à effet Joule répartis et disposés directement au sein du lit de fluidisation dudit minéral, on prélève au moins une partie de la vapeur d'eau dégagée, on la dépoussière et on l'injecte dans le lit fluidisé par le bas pour effectuer la fluidisation dudit minéral,
Elle concerne également un dispositif de déshydratation d'un minéral pulvérulent par chauffage pour évaporer une partie de l'eau qui y est incorporée, comportant un réacteur de déshydratation en lit fluidisé, le réacteur étant muni d'un réseau d'éléments de chauffage électrique à effet Joule répartis et disposés directement au sein du lit de fluidisation du minéral, des moyens de recyclage d'au moins une partie de la vapeur d'eau dégagée lors de la déshydratation comportant un dépoussiéreur de ladite vapeur d'eau et propres à effectuer la fluidisation dudit minéral en injectant ladite vapeur d'eau par le bas du réacteur et des moyens de régulation du débit de ladite vapeur d'eau en fonction de la pression partielle de vapeur saturante présente dans le réacteur et de la température du lit de fluidisation.The aforementioned patent application firstly relates to a process for dehydrating a powdery mineral in a fluidized bed by heating to evaporate a portion of the batten incorporated therein, in which said mineral is heated by a network of electric heating elements. Joule effect distributed and arranged directly within the fluidization bed of said mineral, at least part of the released water vapor is removed, it is dusted and injected into the fluidized bed from below to effect the fluidization of said mineral,
It also relates to a device for dehydrating a powdery mineral by heating to evaporate part of the water incorporated therein, comprising a dehydration reactor in a fluidized bed, the reactor being provided with a network of electric heating elements. Joule effect distributed and arranged directly within the fluidization bed of the mineral, means for recycling at least part of the water vapor released during dehydration comprising a dust collector for said water vapor and suitable for carrying out fluidization of said mineral by injecting said water vapor from the bottom of the reactor and means for regulating the flow rate of said water vapor as a function of the partial pressure of saturated vapor present in the reactor and of the temperature of the fluidization bed .
La présente invention se propose de perfectionner ce procédé et ce dispositif afin d'en réduire tout d'abord les coQts d'exploitation. Il faut savoir en effet que le plâtre, matériau de construction de prix modéré, incorpore dans son prix de vente pour une grande part le coût de l'énergie nécessaire à son obtention. Ainsi le procédé à chauffage électrique, malgré le fait qu'il produit des plâtres de meilleure qualité, est difficilement exploitable sur le plan commercial. La présente invention vise donc en premier lieu à minimiser la consommation en énergie électrique du procédé. The present invention proposes to improve this process and this device in order to reduce operating costs first of all. It should be known in fact that plaster, a building material of moderate price, incorporates in its sale price for a large part the cost of the energy necessary to obtain it. Thus the electric heating process, despite the fact that it produces better quality plasters, is difficult to exploit commercially. The present invention therefore aims in the first place to minimize the electrical energy consumption of the process.
La présente invention vise également à améliorer ce procédé et ce dispositif en supprimant la nécessité d'une cheminée d'évacuation des fumées, et plus généralement toute émission de fumées, particulièrement nuisibles pour l'environnement dans le cas de la fabrication du plâtre. The present invention also aims to improve this method and this device by eliminating the need for a smoke evacuation chimney, and more generally any emission of fumes, particularly harmful to the environment in the case of the manufacture of plaster.
Enfin, toujours dans le cas de la fabrication du plâtre, la présente invention vise à donner au procédé et au dispositif les moyens de mieux contrôler la qualité des plâtres obtenus, et plus précisément de mieux contrôler la pression partielle de vapeur d'eau dans la phase dense du lit fluidisé, pour ainsi se placer avec davantage de précision sur le diagramme température/pression déterminant les divers types de plâtres pouvant être obtenus. Finally, still in the case of the manufacture of plaster, the present invention aims to give the process and the device the means to better control the quality of the plasters obtained, and more precisely to better control the partial pressure of water vapor in the dense phase of the fluidized bed, so to be placed with more precision on the temperature / pressure diagram determining the various types of plasters that can be obtained.
A cet effet, la présente invention concerne tout d'abord un procédé selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes additionnelles consistant a
refroidir au moins une partie du mélange d'air et de vapeur d'eau après dépoussiérage, jusqu'à une température telle qu'une quantité de vapeur d'eau correspondant sensiblement à la quantité d'eau extraite du minéral se condense,
éliminer ladite eau condensée, et
réchauffer le mélange débarrassé de l'eau condensée avant sa réinjection dans le lit fluidisé.To this end, the present invention relates first of all to a method according to claim 1 of the main patent, characterized in that it comprises the additional steps consisting of
cooling at least part of the mixture of air and water vapor after dedusting, to a temperature such that an amount of water vapor corresponding substantially to the amount of water extracted from the mineral condenses,
removing said condensed water, and
reheat the mixture, freed from condensed water, before re-injecting it into the fluidized bed.
De préférence, le refroidissement du gaz est effectué par échange de chaleur, d'une part avec le matériau pulvérulent froid à déshydrater, et d'autre part avec de l'air froid destiné au séchage dudit matériau en amont du procédé, tandis que son réchauffage est effectué par échange de chaleur avec le matériau pulvérulent une fois déshydraté, chaud. Preferably, the cooling of the gas is carried out by heat exchange, on the one hand with the cold pulverulent material to be dehydrated, and on the other hand with cold air intended for drying said material upstream of the process, while its reheating is carried out by heat exchange with the pulverulent material once dehydrated, hot.
La présente invention concerne également un dispositif selon la revendication 5 du brevet principal, caractérisé en ce que les moyens de recyclage comprennent en outre:
- des premiers moyens d'échange de chaleur pour céder au moins au minéral pulvérulent à déshydrater une partie de la chaleur du mélange d'air et de vapeur en sortie du réacteur, et condenser un débit d'eau sensiblement égal à celui qui est extrait du minéral pulvérulent sous forme de vapeur,
- un séparateur gaz/eau condensée relié à la sortie desdits premiers moyens d'échange de chaleur, pour extraire du gaz recyclé ladite eau condensée, et
- des seconds moyens d'échange de chaleur pour céder au gaz recyclé avant son injection dans le réacteur une partie de la chaleur du minéral pulvérulent une fois déshydraté.The present invention also relates to a device according to claim 5 of the main patent, characterized in that the recycling means further comprise:
- first heat exchange means for yielding at least the powdery mineral to dehydrate part of the heat of the air and steam mixture leaving the reactor, and condensing a water flow rate substantially equal to that which is extracted powdery mineral in the form of vapor,
a gas / condensed water separator connected to the outlet of said first heat exchange means, for extracting said condensed water from recycled gas, and
- second heat exchange means for yielding to the recycled gas before its injection into the reactor part of the heat of the powdery mineral once dehydrated.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est un schéma de principe d'une installation de production de platres selon la présente invention,
la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un four de déshydratation à lit fluidisé et chauffage électrique de l'installation de la figure 1, et
la figure 3 est une vue en coupe verticale d'un échangeur de chaleur de l'installation de la figure 1.Other aspects, objects and advantages of the present invention will appear better on reading the following detailed description of a preferred embodiment thereof, given by way of example and made with reference to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a block diagram of an installation for producing plaster according to the present invention,
FIG. 2 is a view in vertical section of a dehydration furnace with a fluidized bed and electric heating of the installation of FIG. 1, and
FIG. 3 is a vertical section view of a heat exchanger of the installation of FIG. 1.
En référence aux dessins, l'installation de l'invention comprend tout d'abord un dispositif de préchauffage de gypse 10 qui se présente sous la forme d'un échangeur de chaleur gaz/solide à lit mobile et qui est représenté plus en détail sur la figure 3. Il comprend une enceinte verticale 11 qui peut être alimentée en gypse par un conduit supérieur lia. L'extrémité inférieure de l'enceinte se étrécit en lia vers un sas alvéolaire 12, schématiquement représenté, dont les variations de vitesse déterminent le débit du gypse dans l'échangeur, et en particulier la vitesse de descente du lit de gypse 13 accumulé dans l'enceinte. Un faisceau tubulaire 14, alimenté comme on le verra plus loin par les gaz de sortie d'un cuiseur faisant partie de l'installation, est destiné à transmettre au gypse la chaleur desdits gaz. With reference to the drawings, the installation of the invention firstly comprises a gypsum preheating device 10 which is in the form of a gas / solid heat exchanger with a moving bed and which is shown in more detail on Figure 3. It comprises a vertical enclosure 11 which can be supplied with gypsum by an upper duct 11a. The lower end of the enclosure narrows at 11a towards a cellular airlock 12, diagrammatically represented, the speed variations of which determine the flow of gypsum in the exchanger, and in particular the speed of descent of the gypsum bed 13 accumulated in the enclosure. A tubular bundle 14, supplied as will be seen below by the outlet gases from a cooker forming part of the installation, is intended to transmit the heat of said gases to the gypsum.
Un faisceau tubulaire 14 est disposé comme illustré en travers de l'enceinte 11, c'est à dire qu'il comprend un ensemble de sections de tubes s'étendant en serpentin a travers la masse de gypse et présentant toutes une même inclinaison par rapport à l'horizontale. De façon caractéristique et nécessaire compte-tenu des états respectifs des deux milieux, on alimente les tubes par le bas et on les évacue par le haut. En outre, à chaque transition 14b côté bas entre deux sections de tube 14a adjacentes, il est prévu un conduit de purge 16 afin d'évacuer l'eau liquide de condensation formée dans les tubes lors de l'échange de chaleur.Les conduits de purge 16 débouchent dans un collecteur commun 18 (non représenté sur la figure 1 par souci de clarté) comportant un conduit d'évacuation d'eau 19, sous forme d'un conduit de trop-plein, raccordé å une autre partie de l'installation comme on le-verra plus loin. A tubular bundle 14 is arranged as illustrated across the enclosure 11, that is to say that it comprises a set of sections of tubes extending in serpentine through the mass of gypsum and all having the same inclination relative to horizontally. Characteristically and necessary, taking into account the respective states of the two media, the tubes are fed from the bottom and they are discharged from the top. In addition, at each transition 14b at the bottom side between two adjacent tube sections 14a, a purge conduit 16 is provided in order to evacuate the liquid condensed water formed in the tubes during the heat exchange. purge 16 open into a common manifold 18 (not shown in FIG. 1 for the sake of clarity) comprising a water discharge pipe 19, in the form of an overflow pipe, connected to another part of the installation as we will see later.
En 20 est indiqué, schématiquement sur la figure 1 et avec plus de détails sur la figure 2, un cuiseur en lit fluidisé a chauffage électrique. La phase dense du lit est chauffée de façon uniforme par des résistances électriques 21 reliées à une alimentation appropriée 22, convenablement thermostatée. La fluidisation du lit est assurée par un mélange contrôlé de vapeur d'eau et-d'air, comme on le verra plus loin, via un conduit d'entrée 23 alimentant un faisceau de buses d'éjection verticales 24, débouchant dans le fond d'une pluralité de couloirs évasés 25. Les résistances électriques 21 se présentent sous forme de barres horizontales disposés entre les couloirs 25. Le cuiseur, intégralement entouré d'un matériau réfractaire 26, comporte dans sa paroi supérieure un conduit d'évacuation des gaz 27 et latéralement un déversoir de trop-plein 28 (non représenté sur la figure 2) pour le plâtre formé, par exemple identique à celui qui est décrit dans la demande de brevet français précitée No. 2 618 539. On n'a pas non plus illustré sur la figure 2 le conduit d'alimentation en gypse, qui est relié à l'échangeur 10 de réchauffage du gypse par une conduite Cl. At 20 is indicated, schematically in Figure 1 and with more details in Figure 2, a fluidized bed cooker with electric heating. The dense phase of the bed is heated uniformly by electrical resistors 21 connected to a suitable power supply 22, suitably thermostatically controlled. The fluidization of the bed is ensured by a controlled mixture of water vapor and air, as will be seen below, via an inlet conduit 23 supplying a bundle of vertical ejection nozzles 24, opening into the bottom of a plurality of flared corridors 25. The electrical resistors 21 are in the form of horizontal bars arranged between the corridors 25. The cooker, entirely surrounded by refractory material 26, has in its upper wall a gas evacuation duct 27 and laterally an overflow weir 28 (not shown in Figure 2) for the plaster formed, for example identical to that described in the aforementioned French patent application No. 2,618,539. more illustrated in FIG. 2, the gypsum supply duct, which is connected to the exchanger 10 for reheating the gypsum by a pipe C1.
La sortie des solides 28 du cuiseur 20 est reliée à un dispositif d'extraction pour lesdits solides1 désigné par 30 et réalisé sous la forme d'un siphon fluidisé. Le siphon 30 est alimenté en air de fluidisation en 31 à partir d'une soufflante 80, via un conduit d'air C3. Une vanne V1 permet de réguler le débit d'air vers le siphon, et donc le débit auquel le plâtre est extrait du cuiseur 20. Elle permet également, pour certaines phases transitoires, de maintenir à une valeur donnée le niveau des solides pulvérulents dans le cuiseur. On peut noter ici que l'on utilise pour fluidiser le siphon 30 de l'air sec afin de ne pas modifier les caractéristiques du platre produit dans le cuiseur 20. The outlet of the solids 28 from the cooker 20 is connected to an extraction device for said solids1 designated by 30 and produced in the form of a fluidized siphon. The siphon 30 is supplied with fluidizing air at 31 from a blower 80, via an air duct C3. A valve V1 makes it possible to regulate the air flow towards the siphon, and therefore the flow at which the plaster is extracted from the cooker 20. It also makes it possible, for certain transient phases, to maintain at a given value the level of the pulverulent solids in the cooker. It can be noted here that dry air is used to fluidize the siphon 30 so as not to modify the characteristics of the plaster produced in the cooker 20.
En outre, le siphon 30 permet d'assurer la liaison entre deux zones de l'installation dans lesquelles règnent des pressions différentes, à savoir le cuiseur 20 et un dispositif de refroidissement de plâtre tel qu'on va le décrire ci-dessous. In addition, the siphon 30 ensures the connection between two zones of the installation in which different pressures prevail, namely the cooker 20 and a plaster cooling device as will be described below.
Le refroidisseur de plâtre 40, dont l'entrée des solides 41 est reliée à la sortie des solides 32 du siphon 30 par un conduit C4, présente la forme d'un échangeur de chaleur sensiblement identique à celui de la figure 3 dans sa conception, à ceci près qu'il ne comporte aucun moyen de purge étant donné qu'aucun phénomène de condensation n'est ici rencontré. Il comporte une enceinte verticale 41 dans laquelle la vitesse d'un lit mobile de plâtre est déterminée par un sas alvéolaire 42, et un faisceau tubulaire 44 traversant la masse de plâtre. Cet échangeur a pour objet de refroidir le plâtre issu du cuiseur et du siphon en réchauffant les gaz de fluidisation du cuiseur 20. A cet effet, la sortie du faisceau tubulaire 44 de l'échangeur 40 est reliée à l'entrée 23 du cuiseur par un conduit C5.Son entrée est reliée comme on le verra plus loin à une source recyclée de gaz de fluidisation essentiellement froids. Un clapet anti-retour 50 incorporé dans le conduit C5 évite tout retour des gaz chauds issus de l'échangeur 40 vers ce dernier. The plaster cooler 40, the inlet of the solids 41 of which is connected to the outlet of the solids 32 from the siphon 30 by a conduit C4, has the form of a heat exchanger substantially identical to that of FIG. 3 in its design, except that there is no means of purging since no condensation phenomenon is encountered here. It comprises a vertical enclosure 41 in which the speed of a movable plaster bed is determined by a cellular lock 42, and a tubular bundle 44 passing through the mass of plaster. The purpose of this exchanger is to cool the plaster coming from the cooker and the siphon by heating the fluidization gases from the cooker 20. To this end, the outlet of the tubular bundle 44 of the exchanger 40 is connected to the inlet 23 of the cooker by a C5 conduit. Its input is connected as will be seen below to a recycled source of essentially cold fluidizing gases. A non-return valve 50 incorporated in the duct C5 prevents any return of the hot gases coming from the exchanger 40 towards the latter.
Le niveau des solides dans le refroidisseur 40 est déterminé d'une part par le débit des solides dans le siphon 30, déterminé parle débit d'air en C3, et d'autre part par la vitesse impartie au sas alvéolaire 42. The level of the solids in the cooler 40 is determined on the one hand by the flow of solids in the siphon 30, determined by the air flow at C3, and on the other hand by the speed imparted to the airlock 42.
La sortie des solides de l'échangeur 40 est reliée a l'entrée d'un transporteur en phase dense 60, qui assure l'interface de l'installation avec un atelier de stockage et de conditionnement du site. Les vannes V2 et V3 dirigent le plâtre élaboré respectivement vers l'atelier de stockage et de conditionnement 70, soit vers l'entrée lia du préchauffeur de gypse 10 via un conduit C6. The solids outlet of the exchanger 40 is connected to the inlet of a dense phase conveyor 60, which interfaces the installation with a site storage and conditioning workshop. The valves V2 and V3 direct the plaster produced respectively to the storage and conditioning workshop 70, ie to the inlet 11a of the gypsum preheater 10 via a conduit C6.
L'atelier 70 peut comporter par exemple un dispositif de mise en sacs approprié. Il est à noter que le plâtre issu du refroidisseur 40 est à une température suffisamment basse pour permettre avantageusement cette mise en sacs sans autre traitement de refroidissement. The workshop 70 may for example include an appropriate bagging device. It should be noted that the plaster from the cooler 40 is at a temperature low enough to advantageously allow this bagging without any other cooling treatment.
Par ailleurs, le recyclage via V3 et C6 du plâtre formé vers l'échangeur 10 est utilisé pour la procédure de démarrage de l'installation, afin d'atteindre rapidement les conditions stables nécessaires pour la production souhaitée. Furthermore, the recycling via V3 and C6 of the plaster formed towards the exchanger 10 is used for the start-up procedure of the installation, in order to quickly reach the stable conditions necessary for the desired production.
La soufflante 80 mentionnée plus haut tient lieu d'une part, comme déjà mentionné, de source d'air de fluidisation du siphon 30, et d'autre part de source réglable d'air neuf de fluidisation. A cet effet, la sortie de la soufflante est reliée à l'entrée du faisceau tubulaire 44 de l'échangeur 40 par l'intermédiaire d'une vanne de réglage V4. The fan 80 mentioned above takes the place, on the one hand, as already mentioned, of the source of fluidizing air for the siphon 30, and on the other hand of the adjustable source of fresh fluidizing air. To this end, the outlet of the blower is connected to the inlet of the tube bundle 44 of the exchanger 40 by means of an adjustment valve V4.
I1 est à noter que la vanne V4 peut contribuer, en coopération avec d'autres réglages décrits plus loin, à maintenir dans le gaz de fluidisation du cuiseur 20 une pression partielle de vapeur d'eau souhaitée. It should be noted that the valve V4 can contribute, in cooperation with other settings described below, to maintain in the fluidization gas of the cooker 20 a desired partial pressure of water vapor.
On a indiqué en 90 un dispositif de dépoussiérage des gaz issus du cuiseur. I1 présente avantageusement la forme d'un séparateur à cyclone classique, dont l'entrée est reliée a la sortie 27 du cuiseur via un conduit C7. On peut noter ici que la sortie de l'air de fluidisation du siphon 30 est également reliée à l'entrée du cyclone, via un conduit C7'. In 90, a device for removing the gases from the cooker has been indicated. It advantageously has the form of a conventional cyclone separator, the inlet of which is connected to the outlet 27 of the cooker via a conduit C7. It can be noted here that the outlet of the fluidizing air from the siphon 30 is also connected to the inlet of the cyclone, via a conduit C7 '.
La sortie basse (sortie des solides) du dépoussiéreur, constituée pour l'essentiel de fines particules cuites, est reliée par un conduit C8 à l'entrée du refroidisseur de platre 40. Sa sortie haute (sortie des gaz) est reliée par un conduit C9 à un filtre à manche 100 destiné à assurer un dépoussiérage complémentaire, notamment afin d'éviter tout colmatage du faisceau tubulaire 14 de l'échangeur 10. La sortie des solides du filtre 100 est reliée à la sortie du cyclone 90 par un conduit C10. Sa sortie des gaz est reliée à l'entrée du faisceau tubulaire 14 de l'échangeur 10 de réchauffage du gypse, par un conduit Cll. La sortie des gaz du filtre 100 est également reliée par un conduit C12 à l'entrée d'une soufflante 160 de recyclage direct, qui sera décrite plus loin.The bottom outlet (solids outlet) of the dust collector, consisting mainly of fine cooked particles, is connected by a conduit C8 to the inlet of the plaster cooler 40. Its top outlet (gas outlet) is connected by a conduit C9 to a bag filter 100 intended to ensure additional dusting, in particular in order to avoid any clogging of the tubular bundle 14 of the exchanger 10. The solids outlet of the filter 100 is connected to the outlet of the cyclone 90 by a conduit C10 . Its gas outlet is connected to the inlet of the tubular bundle 14 of the gypsum heating exchanger 10, by a conduit Cll. The gas outlet of the filter 100 is also connected by a conduit C12 to the inlet of a blower 160 for direct recycling, which will be described later.
En 110 est indiqué un échangeur air/gaz de recirculation, qui comprend schématiquement une enceinte 111 dans laquelle est introduit de l'air neuf fourni par une soufflante 120, par l'intermédiaire d'une vanne de réglage V5 agissant comme expliqué plus loin. La sortie de l'enceinte 111 est reliée par un conduit C13 à un dispositif de broyage et de séchage 130 pour le traitement préalable du gypse avant son introduction dans réchauffeur 10. L'enceinte 111 est par ailleurs traversée intérieurement par des tubes d'échange de chaleur 112 reliés côté entrée à la sortie du faisceau tubulaire 14 du réchauffeur de gypse 10, via un conduit C14. At 110 is indicated an air / recirculation gas exchanger, which schematically comprises an enclosure 111 into which fresh air supplied by a blower 120 is introduced, by means of an adjustment valve V5 acting as explained below. The outlet of the enclosure 111 is connected by a conduit C13 to a grinding and drying device 130 for the preliminary treatment of the gypsum before its introduction into the heater 10. The enclosure 111 is moreover internally traversed by exchange tubes 112 connected on the inlet side to the outlet of the tubular bundle 14 of the gypsum heater 10, via a conduit C14.
Côté sortie, les tubes 112 sont reliés à l'entrée d'un séparateur liquide/gaz 140, via un conduit C15. Par ailleurs, une vanne de réglage V6 est prévue entre l'entrée de l'enceinte 111 et la sortie des tubes d'échange 111 (conduit 115), à des fins expliquées plus loin.On the outlet side, the tubes 112 are connected to the inlet of a liquid / gas separator 140, via a conduit C15. Furthermore, an adjustment valve V6 is provided between the inlet of the enclosure 111 and the outlet of the exchange tubes 111 (conduit 115), for the purposes explained below.
L'échangeur 110 permet, en condensant une partie de la vapeur d'eau dans les gaz refroidis issus de l'échangeur 10, de maintenir constante la masse de vapeur dans l'installation, et donc de contrôler la pression partielle de vapeur d'eau dans le cuiseur 20. L'échangeur 110 a également pour objet de chauffer préalablement l'air destiné à l'unité de broyage/séchage du gypse, et c'est donc tout ou partie de l'énergie nécessaire au séchage qui est fournie à l'air dans l'échangeur 110. The exchanger 110 makes it possible, by condensing part of the water vapor in the cooled gases coming from the exchanger 10, to keep the vapor mass in the installation constant, and therefore to control the partial vapor pressure of water in the cooker 20. The exchanger 110 also has the purpose of pre-heating the air intended for the gypsum grinding / drying unit, and it is therefore all or part of the energy necessary for drying which is supplied in the air in the exchanger 110.
Le séparateur liquide/gaz 140 permet d'extraire sous forme liquide lreau provenant de la déshydratation du gypse. The liquid / gas separator 140 makes it possible to extract, in liquid form, lreau originating from the dehydration of the gypsum.
Il peut prendre pratiquement toute forme usuelle.It can take practically any usual form.
On peut noter ici que l'eau liquide extraite dans le faisceau tubulaire 14 du réchauffeur de gypse est amenée par un conduit C17 à la sortie de liquide du séparateur 140. It can be noted here that the liquid water extracted in the tubular bundle 14 of the gypsum heater is brought by a conduit C17 to the liquid outlet of the separator 140.
L'installation comprend en outre une soufflante 150 pour les gaz froids de recirculation, qui assure le débit principal pour les gaz de fluidisation à destination du cuiseur 20. Cette soufflante est reliée côté entrée à la sortie des gaz du séparateur 140 et côté sortie a une vanne
V7 de réglage de cette recirculation principale. La sortie de la vanne V7 est reliée à l'entrée du faisceau tubulaire 44 de l'échangeur 40 destiné au refroidissement du plâtre et au réchauffage des gaz de fluidisation.The installation further includes a blower 150 for cold recirculation gases, which provides the main flow for the fluidization gases to the cooker 20. This blower is connected on the inlet side to the gas outlet of the separator 140 and on the outlet side a a valve
V7 for adjusting this main recirculation. The outlet of the valve V7 is connected to the inlet of the tubular bundle 44 of the exchanger 40 intended for the cooling of the plaster and the heating of the fluidization gases.
En 160 est indiquée une autre soufflante, dont l'entrée est reliée directement à la sortie du filtre 100, via un conduit C16, et dont la sortie est reliée au conduit d'entrée 23 du cuiseur 20 par l'intermédiaire d'une vanne de réglage V8. La soufflante 160 et la vanne V8 permettent d'alimenter le cuiseur 20 en gaz chauds de recirculation, qui présentent une forte pression partielle de vapeur d'eau. Le réglage des vannes V7 et V8 est l'un des éléments qui déterminent la pression partielle de vapeur d'eau dans le circuit de recirculation alimentant le cuiseur. In 160 is indicated another blower, the inlet of which is connected directly to the outlet of the filter 100, via a conduit C16, and the outlet of which is connected to the inlet conduit 23 of the cooker 20 via a valve adjustment V8. The blower 160 and the valve V8 make it possible to supply the cooker 20 with hot recirculation gases, which have a high partial pressure of steam. The adjustment of valves V7 and V8 is one of the elements which determine the partial pressure of water vapor in the recirculation circuit supplying the cooker.
On peut noter ici que la vanne V6 décrite plus haut permet d'extraire de la boucle de recirculation un débit déterminé du gaz recyclé en direction du broyeur sécheur 130 via l'échangeur 110. Comme on le verra en détail plus loin, le réglage de cette vanne permet de modifier la quantité de vapeur d'eau présente dans le circuit à recyclage de l'installation. It can be noted here that the valve V6 described above makes it possible to extract from the recirculation loop a determined flow rate of the recycled gas towards the dryer mill 130 via the exchanger 110. As will be seen in detail below, the adjustment of this valve makes it possible to modify the quantity of water vapor present in the recycling circuit of the installation.
Enfin l'installation comprend une vanne V9 dont l'entrée est à l'air libre et dont la sortie est reliée à l'entrée de la soufflante 160. Cette vanne permet d'introduire de l'air neuf dans la boucle de recirculation de l'installation, et est utile pendant la procédure de démarrage du procédé, pour assurer la fluidisation initiale du lit dans le cuiseur électrique 20. Finally, the installation includes a valve V9, the inlet of which is in the open air and the outlet of which is connected to the inlet of the blower 160. This valve allows fresh air to be introduced into the recirculation loop of installation, and is useful during the process of starting the process, to ensure the initial fluidization of the bed in the electric cooker 20.
L'installation représentée comprend en outre, de façon non illustrée pour éviter d'alourdir les dessins, un dispositif de contrôle et de commande qui est relié aux diverses vannes de réglage V1 a V9, aux quatre soufflantes 80, 120, 150 et 160 ainsi qu'a divers capteurs et détecteurs (non représentés) prévus dans l'installation.Ces capteurs peuvent inclure, entre autres
- un capteur de température à l'intérieur de la phase dense du lit fluidisé en 20,
- un capteur de température à la sortie des gaz de recyclage (conduit C15) de l'échangeur 110,
- des capteurs de niveau dans le cuiseur 20 et dans les échangeurs 10 et 40,
On va décrire ci-dessous le fonctionnement de l'installation de la figure 1, à l'exception des parties ayant une fonction identique ou similaire a celle de parties semblables déjà présentes dans la demande de brevet principal.The installation shown also includes, in a manner not illustrated to avoid weighing down the drawings, a control and command device which is connected to the various adjustment valves V1 to V9, to the four blowers 80, 120, 150 and 160 thus that various sensors and detectors (not shown) provided in the installation. These sensors may include, among others
- a temperature sensor inside the dense phase of the fluidized bed at 20,
- a temperature sensor at the outlet of the recycling gases (conduit C15) of the exchanger 110,
- level sensors in the cooker 20 and in the exchangers 10 and 40,
The operation of the installation of FIG. 1 will be described below, with the exception of the parts having a function identical or similar to that of similar parts already present in the main patent application.
Les résistances électriques 21 chauffent à une température contrôlée le lit fluidisé par un courant constitué d'un mélange de vapeur d'eau et d'air; la pression partielle de vapeur d'eau est également contrôlée, comme on va le voir ci-dessous, pour ainsi pouvoir se déplacer avec une relative précision sur le diagramme température/pression de la figure 3 du brevet principal. The electric resistors 21 heat the fluidized bed to a controlled temperature by a current consisting of a mixture of water vapor and air; the partial pressure of water vapor is also controlled, as will be seen below, so as to be able to move with relative precision on the temperature / pressure diagram of FIG. 3 of the main patent.
Le mélange air/vapeur d'eau à la sortie du cuiseur, enrichi d'une quantité de vapeur d'eau correspondant à l'eau extraite du minéral, est dépoussiérée en 990, 100. The air / water vapor mixture at the outlet of the cooker, enriched with a quantity of water vapor corresponding to the water extracted from the mineral, is dedusted in 990, 100.
Ce mélange est dirigé, dans des proportions commandées, d'une part vers le réchauffeur de gypse 10, où une partie de la vapeur d'eau se condense sous l'effet de son refroidissement et est recueillie en 19, et d'autre part directement vers l'entrée 23 du cuiseur, via la soufflante 160 et la vanne V8. This mixture is directed, in controlled proportions, on the one hand to the gypsum heater 10, where part of the water vapor condenses under the effect of its cooling and is collected in 19, and on the other hand directly to inlet 23 of the cooker, via the blower 160 and the valve V8.
Les gaz refroidis en 10 sont sont soumis à un autre refroidissement dans l'échangeur 110, pour éliminer du mélange, de façon bien contrôlée, une quantité additionnelle d'eau, condensée en 110 et extraite en 140, en faisant en sorte que la quantité totale d'eau liquide extraite grâce aux échangeurs 10 et 110 soit égale à la quantité d'eau extraite du gypse dans le cuiseur 20. On assure ainsi de cette manière qu'un débit de vapeur d'eau, déterminé par sa pression partielle dans le mélange, sensiblement invariable soit appliqué comme gaz de fluidisation dans le cuiseur. The gases cooled at 10 are subjected to another cooling in the exchanger 110, in order to remove from the mixture, in a well controlled manner, an additional quantity of water, condensed at 110 and extracted at 140, ensuring that the quantity total liquid water extracted through exchangers 10 and 110 is equal to the amount of water extracted from the gypsum in the cooker 20. This ensures that a water vapor flow rate, determined by its partial pressure in the substantially invariable mixture is applied as fluidizing gas in the cooker.
La détermination de la quantité d'eau éliminée en aval du second échangeur 110, et donc de la pression partielle de la vapeur dans ce circuit de recyclage spécifique, s'obtient sous le contrôle d'un ou de plusieurs paramètres. The determination of the quantity of water removed downstream from the second exchanger 110, and therefore of the partial pressure of the vapor in this specific recycling circuit, is obtained under the control of one or more parameters.
Fondamentalement, les deux refroidissements successifs impartis au mélange air/vapeur sont tels que ce mélange est saturé a la sortie de l'échangeur 110. L'on peut ainsi exploiter la caractéristique des mélanges saturés, selon laquelle la pression partielle de vapeur est en relation biunivoque avec la température. Ainsi, on peut régler la pression partielle de vapeur dans -ce circuit de recyclage spécifique en contrôlant la chûte de température dans l'échangeur 110. Avantageusement, cette chute de température est déterminée en ouvrant plus ou moins la vanne V5 d'entrée de l'air neuf. En pratique, c'est ce mode de réglage qui sera utilisé en exploitation pour effectuer le réglage fin de la pression partielle de vapeur.Basically, the two successive coolings imparted to the air / steam mixture are such that this mixture is saturated at the outlet of the exchanger 110. This makes it possible to exploit the characteristic of saturated mixtures, according to which the partial vapor pressure is in relation one-to-one with temperature. Thus, the partial vapor pressure in this specific recycling circuit can be adjusted by controlling the temperature drop in the exchanger 110. Advantageously, this temperature drop is determined by opening the V5 inlet valve more or less 'New air. In practice, it is this adjustment mode that will be used in operation to carry out the fine adjustment of the partial vapor pressure.
Par ailleurs, en dosant à l'aide des vannes V7 et V8 les proportions de mélange passant d'une part dans le circuit à double échangeur et d'autre part dans le circuit de recyclage direct entre la sortie du dépoussiéreur et l'entrée 23 du cuiseur, on peut ici encore effectuer un réglage de la pression partielle; en particulier, en ouvrant davantage V8, qui achemine un mélange très riche en vapeur, au détriment de
V7, on accroit la pression partielle de vapeur, et réciproquement.Furthermore, by dosing using the valves V7 and V8 the proportions of mixture passing on the one hand into the double exchanger circuit and on the other hand into the direct recycling circuit between the outlet of the dust collector and the inlet 23 of the cooker, it is also possible here to make a partial pressure adjustment; in particular, by opening more V8, which carries a very rich vapor mixture, to the detriment of
V7, the partial vapor pressure is increased, and vice versa.
Par ailleurs, on peut extraire via la vanne V6 une partie du mélange air/vapeur véhiculé dans la conduite C15, et donc diminuer le débit absolu de vapeur d'eau et d'air dans le recyclage, tandis que l'on introduit simultanément dans le circuit, le cas échéant, de l'air neuf de remplacement à l'aide de la soufflante 80 et de la vanne V4. Furthermore, it is possible to extract via the valve V6 part of the air / steam mixture conveyed in line C15, and therefore reduce the absolute flow rate of water vapor and air in the recycling, while simultaneously introducing into the circuit, if any, of the replacement fresh air using the blower 80 and the valve V4.
L'on comprend que cette dernière solution permet également de contrôler la pression du mélange de gaz dans l'ensemble du circuit de recyclage, par exemple avec un asservissement approprié sur une mesure de pression donnée dans un manomètre. It is understood that this latter solution also makes it possible to control the pressure of the gas mixture in the entire recycling circuit, for example with an appropriate servo-control on a given pressure measurement in a pressure gauge.
Ainsi la conduite C15 achemine un mélange air/vapeur saturée/eau liquide, et le séparateur 140 a pour objet d'extraire toute l'eau liquide. On peut noter ici que ce séparateur remplace avantageusement les cheminées d'échappement des installations traditionnelles dégageant des fumées polluantes chargées en fines particules de plâtre. Line C15 thus conveys an air / saturated vapor / liquid water mixture, and the purpose of the separator 140 is to extract all the liquid water. It can be noted here that this separator advantageously replaces the exhaust chimneys of traditional installations giving off polluting fumes loaded with fine particles of plaster.
Le mélange air/vapeur subsistant à la sortie du séparateur 140 est acheminé, via la soufflante 150 et la vanne V7, à l'entrée du refroidisseur de plâtre 40, dans lequel le plâtre est refroidi comme on l'a indiqué plus haut pour permettre sa mise en sacs sans délai supplémentaire, tandis que le mélange de fluidisation est réchauffé avant sa réinjection dans le cuiseur, pour avantageusement limiter la consommation d'énergie électrique par les éléments chauffants 21 de ce dernier. The air / vapor mixture remaining at the outlet of the separator 140 is conveyed, via the blower 150 and the valve V7, to the inlet of the plaster cooler 40, in which the plaster is cooled as indicated above to allow its bagging without additional delay, while the fluidization mixture is heated before its reinjection into the cooker, to advantageously limit the consumption of electrical energy by the heating elements 21 of the latter.
La procédure de démarrage à froid de l'installation s'effectue comme suit
- on assure que les vannes V3 et V9 sont ouvertes;
- on assure que les vannes V1, V2, V4, V6, V7 et V8 sont fermées;
- on démarre les soufflantes 80, 150 et 160;
- on règle la fluidisation à froid dans le cuiseur 20 en ouvrant plus ou moins les vannes V4, V7 et V8;
- on introduit dans le cuiseur 20 le gypse préalablement broyé et séché par mise en route du sas alvéolaire 12 du préchauffeur de gypse 10;
- à l'aide d'un détecteur approprié (non illustré), on détecte l'atteinte dans le cuiseur 20 du niveau nominal du lit fluidisé; la vanne V1 est alors ouverte pour fluidiser le siphon 30;
- on maintient le sas alvéolaire 42 fermé jusqu'a l'obtention dans le refroidisseur 40 du niveau nominal de plâtre; un détecteur de niveau non illustré est prévu à cet effet dans le refroidisseur;
- on met en route le sas alvéolaire~ 42 avec asservissement sur le niveau de plâtre dans le refroidisseur 40, pour maintenir ce niveau essentiellement constant;
- on ferme progressivement la vanne V4 pour réduire petit à petit l'apport d'air neuf; la vanne V9 est également fermée dans le même but;
- on met en marche le chauffage électrique 21, 22 du cuiseur 20, de façon asservie a la température et à la pression partielle de vapeur d'eau dans le lit fluidisé;
- on ouvre plus ou moins la vanne V6 pour assurer la régulation de la pression totale des gaz de recirculation;
- lorsque la température nominale du plâtre à l'entrée du refroidisseur 40 est atteinte, on ferme la vanne V3 et on ouvre la vanne V2 pour diriger le plâtre produit vers l'unité 70 de stockage et/ou de mise en sacs; ;
- on déclenche alors le processus de régulation en continu de la pression partielle de vapeur d'eau dans les gaz de fluidisation appliqués au cuiseur 20, par action appropriée sur une ou plusieurs des vannes V4 à V8, et en même temps on contrôle la montée du débit des solides dans le cuiseur, la température dans ce dernier étant régulée par action sur la puissance de chauffe.The cold start procedure of the installation is carried out as follows
- it is ensured that the valves V3 and V9 are open;
- it is ensured that the valves V1, V2, V4, V6, V7 and V8 are closed;
- the blowers 80, 150 and 160 are started;
- It regulates the cold fluidization in the cooker 20 by opening more or less the valves V4, V7 and V8;
- Is introduced into the cooker 20 the gypsum previously ground and dried by starting the airlock 12 of the gypsum preheater 10;
- Using an appropriate detector (not shown), the reaching in the cooker 20 of the nominal level of the fluidized bed is detected; the valve V1 is then opened to fluidize the siphon 30;
- the cellular lock 42 is kept closed until the nominal level of plaster is obtained in the cooler 40; a level detector not illustrated is provided for this purpose in the cooler;
- we start the airlock airlock ~ 42 with servo on the plaster level in the cooler 40, to maintain this level essentially constant;
- valve V4 is gradually closed to gradually reduce the supply of fresh air; valve V9 is also closed for the same purpose;
- We start the electric heating 21, 22 of the cooker 20, controlled by the temperature and the partial pressure of water vapor in the fluidized bed;
- the valve V6 is more or less opened to regulate the total pressure of the recirculation gases;
- When the nominal temperature of the plaster at the inlet of the cooler 40 is reached, the valve V3 is closed and the valve V2 is opened to direct the plaster produced to the unit 70 for storage and / or bagging; ;
- the process of continuous regulation of the partial pressure of water vapor in the fluidization gases applied to the cooker 20 is then triggered, by appropriate action on one or more of the valves V4 to V8, and at the same time the rise is controlled of the flow of solids in the cooker, the temperature in the latter being regulated by action on the heating power.
L'arrêt de l'installation s'effectue de la façon suivante
- on interrompt l'alimentation du réchauffeur 10 à partir du broyeur-sécheur; ceci provoque une élévation de la température des gaz de recirculation, puisque toute la chaleur dégagée dans le cuiseur y est transférée; ceci provoque également, après un temps déterminée, la baisse du niveau de plâtre dans le refroidisseur 40;
- lorsque la température des gaz à la sortie du séparateur 140 dépasse une valeur haute de consigne, on arrête la soufflante 150 et on ferme la vanne Y7;
- on arrête ensuite le chauffage électrique 21, 22 du cuiseur;
- lorsqu'on détecte dans le refroidisseur 40 le niveau de seuil bas, on arrête la soufflante 80 et on ferme la vanne
V1; on arrête également le sas alvéolaire 12 du réchauffeur 10;
- on arrête ensuite la soufflante de recirculation 160 et on ferme la vanne associée V8;
- on vidange ensuite complètement le refroidisseur 40, après quoi son sas 42 est arrêté;
- enfin on ouvre la vanne V9 et on ferme la vanne V6.The installation is stopped as follows
- the supply of the heater 10 is interrupted from the grinder-dryer; this causes the temperature of the recirculation gases to rise, since all the heat released in the cooker is transferred there; this also causes, after a determined time, the drop in the level of plaster in the cooler 40;
- When the temperature of the gases at the outlet of the separator 140 exceeds a high set value, the fan 150 is stopped and the valve Y7 is closed;
- Then stops the electric heating 21, 22 of the cooker;
- when the low threshold level is detected in the cooler 40, the blower 80 is stopped and the valve is closed
V1; the airlock airlock 12 of the heater 10 is also stopped;
- Then the recirculation blower 160 is stopped and the associated valve V8 is closed;
- Then the cooler 40 is completely drained, after which its airlock 42 is stopped;
- finally we open the valve V9 and we close the valve V6.
La procédure d'arrêt d'urgence s'effectue comme cidessus, à l'exception du fait que l'on commence par arrêter le chauffage 21, 22 du cuiseur. The emergency stop procedure is carried out as above, except that the heater 21, 22 of the cooker is started first.
On va indiquer ci-dessous un exemple numérique d'utilisation de l'installation pour la fabrication de semihydrate (SOICa, Ho10) à un débit de 6 t/h
- température dans la phase dense du lit fluidisé 1100C.We will indicate below a numerical example of use of the installation for the manufacture of semihydrate (SOICa, Ho10) at a flow rate of 6 t / h
- temperature in the dense phase of the 1100C fluidized bed.
- pression partielle de vapeur dans les gaz de fluidisation : 0,3.10' Pa. - partial vapor pressure in the fluidizing gases: 0.3.10 'Pa.
- diamètre du siphon : 20 cm. - siphon diameter: 20 cm.
- débit de l'air de fluidisation du siphon : 22,5 m2 /h. - flow rate of the fluidization air of the siphon: 22.5 m2 / h.
- puissance calorifique fournie au gypse dans l'échangeur 10 : 215 kW. - heating power supplied to gypsum in exchanger 10: 215 kW.
- proportion du mélange air/vapeur passant par le circuit de recyclage direct C12 : 44 %; cela donne une proportion de 56b dans l'autre branche, valeur qui est compatible avec la puissance devant être fournie au gypse. - proportion of the air / steam mixture passing through the direct recycling circuit C12: 44%; this gives a proportion of 56b in the other branch, a value which is compatible with the power to be supplied to the gypsum.
- débit de vapeur d'eau à l'entrée du réchauffeur 10 0,28 kg/s. - water vapor flow rate at the inlet of the heater 10 0.28 kg / s.
- débit de vapeur d'eau à la sortie des gaz du séparateur 140 : 0,07 kg/s. - water vapor flow rate at the gas outlet of the separator 140: 0.07 kg / s.
- chaleur cédée par condensation dans les échangeurs 10 et 110 : 730 kW. - heat transferred by condensation in exchangers 10 and 110: 730 kW.
- chaleur cédée par l'air dans le même circuit : 68 kW. - heat transferred by air in the same circuit: 68 kW.
- débit de-l'eau condensée : 0,3 kg/s, correspondant au débit de l'eau extraite du gypse dans le cuiseur. - flow of condensed water: 0.3 kg / s, corresponding to the flow of water extracted from the gypsum in the cooker.
- température dans la branche C12 : 1050C. - temperature in branch C12: 1050C.
- débit d'air dans la branche C12 : 0,87 kg/s. - air flow in branch C12: 0.87 kg / s.
- débit de vapeur dans la branche C12 : 0,3 kg/s. - steam flow in branch C12: 0.3 kg / s.
- refroidissement du plâtre dans l'échangeur 40 : de 105 à 730C,
- échauffement du gaz dans l'échangeur 40 : de 45 à 850C. - cooling of the plaster in exchanger 40: from 105 to 730C,
- gas heating in the exchanger 40: from 45 to 850C.
- puissance calorifique échangée dans le refroidisseur 40 : 52 kw. - calorific power exchanged in the cooler 40: 52 kw.
- température des gaz de fluidisation à l'entrée du cuiseur : 960C. - temperature of the fluidizing gases at the inlet of the cooker: 960C.
- puissance électrique à fournir au cuiseur : 1050 kW. - electrical power to be supplied to the cooker: 1050 kW.
- consommation calorifique par tonne de semi-hydrate produit : 175 kWh/t. - heat consumption per tonne of semi-hydrate produced: 175 kWh / t.
En conclusion, en faisant varier la température du lit fluidisé entre par exemple 100 et 3000C et proportion de vapeur dans le gaz de fluidisation entre O et 100%, on peut produire à l'aide d'une même installation toute la variété de plâtres existants. In conclusion, by varying the temperature of the fluidized bed between for example 100 and 3000C and proportion of vapor in the fluidizing gas between O and 100%, it is possible to produce, using the same installation, all the variety of existing plasters. .
A cet égard, le type de plâtre produit ne dépend que de consignes d'exploitation données par l'utilisateur, ce qui contribue à une très grande flexibilité d'utilisation. In this respect, the type of plaster produced depends only on operating instructions given by the user, which contributes to very great flexibility of use.
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Also Published As
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|---|---|
| FR2644565B2 (en) | 1991-09-13 |
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